DE3855737T2 - Polykondensiertes Polysilazan und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Polykondensiertes Polysilazan und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number
DE3855737T2
DE3855737T2 DE3855737T DE3855737T DE3855737T2 DE 3855737 T2 DE3855737 T2 DE 3855737T2 DE 3855737 T DE3855737 T DE 3855737T DE 3855737 T DE3855737 T DE 3855737T DE 3855737 T2 DE3855737 T2 DE 3855737T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
polysilazane
molecular weight
average molecular
number average
organic base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE3855737T
Other languages
English (en)
Other versions
DE3855737D1 (de
Inventor
Mikiro Arai
Osamu Funayama
Takeshi Isoda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AZ Electronic Materials Japan Co Ltd
Japan Petroleum Energy Center JPEC
Original Assignee
Petroleum Energy Center PEC
Toa Nenryo Kogyyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP63028295A external-priority patent/JP2750405B2/ja
Priority claimed from JP63028296A external-priority patent/JP2750406B2/ja
Application filed by Petroleum Energy Center PEC, Toa Nenryo Kogyyo KK filed Critical Petroleum Energy Center PEC
Application granted granted Critical
Publication of DE3855737D1 publication Critical patent/DE3855737D1/de
Publication of DE3855737T2 publication Critical patent/DE3855737T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C04B35/589Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained from Si-containing polymer precursors or organosilicon monomers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/60Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule in which all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
    • C08G77/62Nitrogen atoms

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Silicon Polymers (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Polysilazan sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung mittels Polykondensation.
  • Es sind Polysilazane bekannt, die als Vorstufe bei der Herstellung von siliciumnitridhaltigen Keramikwerkstoffen dienen sollen. Bekannte Polysilazane liegen in flüssiger oder fester Form vor, wobei die festen Polysilazane in organischen Lösungsmitteln wie Toluen unlöslich sind. Beispielsweise offenbart A. Stock ein anorganisches Polysilazan der Formel (SiH&sub2;NH)n, das durch Umsetzung von Dichlorsilan mit Ammoniak unter Verwendung von Benzen als Lösungsmittel hergestellt wird (Ber. 54, 740(1921)). Bei diesem anorganischen Polysilazan handelt es sich um ein Oligomer (n= 7 bis 8), das bei Raumtemperatur als viskose Flüssigkeit vorliegt. D. Seyferth et al. schlagen ein anorganisches Polysilazan vor, das durch Umsetzung von Dichlorsilan mit Ammoniak gewonnen wird, wobei Dichlormethan als Lösungsmittel eingesetzt wird (US-A-4,397,828). Bei diesem Polysilazan handelt es sich um eine ölige Flüssigkeit mit einem Protonenverhältnis Si-H/N-H von etwa 3,3, die sich verfestigt, wenn sie auf etwa 200 ºC erhitzt oder 3 bis 5 Tage stehengelassen wird. Das verfestigte Polysilazan ist in organischen Lösungsmitteln wie o-Xylen unlöslich. Die ungeprüfte, veröffentlichte japanische Patentanmeldung (Tokkyo Kokai) Nr. 60-145,903 offenbart ein anorganisches Polysilazan mit einer relativen Molekülmasse von 690 bis 2 000, das durch Umsetzung eines Dihalosilan-Addukts wie eines Dichlorsilanpyridin- Addukts mit Ammoniak gewonnen wird. Nach Entfernung des Lösungsmittels liegt das gewonnene Polysilazan als viskose Flüssigkeit oder als harziger Feststoff vor. Dieser Feststoff ist allerdings in einem organischen Lösungsmittel wie o-Xylen unlöslich.
  • Bei Verwendung eines anorganischen Polysilazans als Ausgangsstoff für Keramikfasern, Bindemittel, Beschichtungsstoffe u.ä. sollte das Polysilazan möglichst in einem organischen Lösungsmittel löslich sein, eine hohe relative Molekülmasse haben und sich durch gute Verspinnbarkeit, gute Verfestigungseigenschaften und gute Formbarkeit auszeichnen. In dieser Hinsicht genügen die vorstehend beschriebenen anorganischen Polysilazane den Ansprüchen nicht in vollem Maße.
  • EP-A-0296434 (bei der es sich im Sinne von Artikel 54 (3) EPC um ein dem Stand der Technik entsprechendes Patent handeln kann) offenbart ein Polysilazan, das aus einer Vorstufe erhalten wird, die aus einer Einheit der Formel:
  • und aus einer Einheit der Formel
  • besteht, wobei die Einheiten durch Vernetzungseinheiten der Formel
  • miteinander verbunden sind,
  • worin R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; jeweils Wasserstoff (mit Ausnahme von R&sub2; und R&sub3;), C&sub1;-C&sub6; Alkyl, eine Vinyl-, Alkyl- oder C&sub6;-C&sub1;&sub0; Arylgruppe, die substituiert oder nicht substituiert sein kann, eine dreiwertige (niedere) Alkyl- oder eine zweiwertige (niedere) Alkylsilylgruppe oder eine zweiwertige (niedere) Alkylamingruppe ist.
  • WO-A-86/06377 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Silazans mit mindestens zwei Si-N-Gruppen, worin eine die Silylgruppe Si-H enthaltende Verbindung in Gegenwart eines Katalysators mit einer -NH-Gruppe umgesetzt wird, wodurch eine Verbindung oder mehrere Verbindungen gebildet wird/werden, die eine Si-N-Gruppe und Wasserstoff enthält/enthalten. Bei dem die -NH-Gruppe zur Verfügung stellenden Reaktionsteilnehmer kann es sich unter anderem um ein sekundäres Amin der Formel RRNH handeln, worin die R-Substituenten dieselbe oder eine andere Kohlenwasserstoff-Gruppe wie Alkyl, Aryl, cycloaliphatisch oder Aralkyl sein können.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein polykondensiertes Polysilazan mit einer Zahlenmittelmolmasse von 200 bis 500 000 (bestimmt mittels Gelpermeationschromatographie) zur Verfügung, das wiederkehrende Einheiten (a) und (b) enthält, wobei die wiederkehrenden Einheiten (a) folgende Formel aufweisen:
  • worin R&sub1; und R&sub2; unabhängig voneinander für eine Wasserstoff-, Alkyl-, Alkenyl-, Cycloalkyl-, Alkylamin-, Aryl- oder Alkylsilylgruppe stehen, und die wiederkehrenden Einheiten (b) folgende Formel aufweisen:
  • worin R&sub1; und R&sub2; wie oben definiert sind, A für eine direkte Bindung oder -N(R&sub4;)- steht, wobei R&sub4; eine Wasserstoff-, Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Aralkyl- oder eine heterocyclische Gruppe bedeutet und R&sub3; und R&sub7; unabhängig voneinander eine Alkyl-, Alkenyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Aralkyl- oder eine heterocyclische Gruppe bedeuten.
  • In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines polykondensierten Polysilazans der obigen Definition zur Verfügung, das das Umsetzen eines Ausgangspolysilazans mit einer Zahlenmittelmolmasse von 100 bis 50 000 (ermittelt mittels Gelpermeationschromatographie), das wiederkehrende Einheiten der Formel
  • aufweist,
  • worin R&sub1; und R&sub2; wie oben definiert sind, mit einem sekundären Amin der Formel
  • R&sub3;R&sub7;N-NH
  • oder mit einem 1,1,2-trisubstituierten Hydrazon der Formel
  • R&sub3;R&sub7;N-NHR&sub4;
  • worin R&sub3;, R&sub4; und R&sub7; wie oben definiert sind,
  • in einem organischen basenhaltigen Lösungsmittel beinhaltet.
  • Die mit den Symbolen R&sub3;, R&sub4; und R&sub7; bezeichneten Gruppen ktnnen mit Ausnahme von R&sub4;, bei dem es sich um Wasserstoff handelt, wahlweise durch einen oder mehrere Substituenten ersetzt werden, die sich inert gegenüber den an den Siliciumatomen des Polysilazangerüsts gebundenen Protonen verhalten, beispielsweise eine Alkyl-, eine Aryl-, eine Alkoxy- oder eine Alkoxycarbonylgruppe.
  • Im folgenden wird die vorliegenden Erfindung ausführlicher beschrieben.
  • Das beim erfindungsgemäßen Verfahren als Rohstoff dienende anorganische Polysilazan weist als hauptsächliche Gerüststruktur wiederkehrende Einheiten folgender Formel auf:
  • worin R&sub1; und R&sub2; unabhängig voneinander für Wasserstoff, Alkyl wie Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Octyl oder Decyl; Alkenyl wie Vinyl, Allyl, Butenyl, Octenyl oder Decenyl; Cycloalkyl wie Cyclohexyl oder Methylcyclohexyl; Alkylamin wie Methylamin oder Ethylamin; Aryl wie Phenyl, Tolyl, Xylyl oder Naphthyl; Aralkyl wie Benzyl; oder Alkylsilyl wie Methylsilyl, Ethylsilyl, Propylsilyl, Butylsilyl, Octylsilyl oder Decylsilyl stehen. Diese Alkyl-, Alkenyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Alkylamin-, Aralkyl- und Alkylsilylgruppen können jeweils wahlweise ersetzt werden durch einen oder mehrere Substituenten, die sich inert gegenüber den an den Siliciumatomen des Polysilazangerüsts gebundenen Protonen verhalten, beispielsweise eine Alkyl-, eine Aryl-, eine Alkoxy- oder eine Alkoxycarbonylgruppe.
  • Als Ausgangsstoff wird ein Polysilazan mit einer Zahlenmittelmolmasse von 100 bis 50 000, vorzugsweise 300 bis 2 000, noch besser 600 bis 1 400, eingesetzt. Diese Zahlenmittelmolmassen und die an anderer Stelle in der Beschreibung genannten Zahlenmittelmolmassen werden mittels Gelpermeationschromatographie bestimmt. Das Polysilazan kann eine cyclische oder lineare Form aufweisen. Polysilazane, die sowohl cyclische als auch lineare Bestandteile aufweisen, lassen sich ebenfalls zweckdienlich einsetzen. Als Ausgangspolysilazane, die für den erfindungsgemäßen Zweck eingesetzt werden, eignen sich beispielsweise solche, die nach den in den folgenden Arbeiten offenbarten Verfahren gewonnen werden:
  • Japanische Tokkyo Kokai Nr. 60-145903;
  • US-Patent Nr. 4,397,828 (Seyferth et al.);
  • Ber. 54 (1921), S. 740 (Stock);
  • Inorg. Chem. (1972), 11 (Scantlin et al.);
  • US-Patent Nr. 3,318,823 (Aylett);
  • US-Patent Nr. 4,482,669 (Seyferth et al.);
  • Japanese Tokkyo Kokai Nr. 61-89230.
  • Das obengenannte Polysilazan wird mit einem sekundären Amin der Formel R&sub3;R&sub7;NH oder mit einem 1,1,2-trisubstituierten Hydrazin der Formel R&sub3;R&sub7;N-NHR&sub4;, worin R&sub3;, R&sub4; und R&sub7; wie oben definiert sind, umgesetzt.
  • Als Beispiele für geeignete sekundäre Amine lassen sich Dimethylamin, Diethylamin, Methylethylamin, Dipropylamin, Diisopropylamin, Methylpropylamin, Dibutylamin, Diamylamin, Dihexylamin, Diheptylamin, Dioctylamin, Diallylamin, Allylcyclohexylamin, Methylani- lin, Ethylanilin, Dibenzylamin, Diphenylamin, Dicyclohexylamin und N-Cyclohexylanilin nennen.
  • Als Beispiele für geeignete 1,1,2-trisubstituierte Hydrazine lassen sich Trimethylhydrazin, Triethylhydrazin, Tripropylhydrazin, Triphenylhydrazin, 1,2-Dimethyl-1-Phenylhydrazin, 1,1-Dimethyl-2-Phenylhydrazin und Benzilidenmethylhydrazin nennen.
  • Bei der Polykondensation des Polysilazans mit einem sekundären Amin oder einem trisubstituierten Hydrazin werden diese Stoffe in einem organischen basenhaltigen Lösungmittel gelöst, und die Lösung wird dehydrierenden Polykondensationsbedingungen ausgesetzt. Bei dem organischen basenhaltigen Lösungsmittel kann es sich entweder um eine flüssige organische Base oder um ein nichtbasisches organisches Lösungsmittel, in dem eine organische Base gelöst wurde, handeln.
  • Als organisches basenhaltiges Lösungsmittel kann jede flüssige organische Base eingesetzt werden, die nicht mit dem Ausgangspolysilazan reagiert. Als Beispiele für geeignete flüssige organische Basen lassen sich tertiäre Amine wie Trimethylamin, Dimethylamin, Dimethylethylamin, Diethylmethylamin, Triethylamin, Pyridin und substituiertes Pyridin, Dimethylanilin und substituiertes Dimethylanilin, Pyrazin und substituiertes Pyrazin, Pyrimidin und substituiertes Pyrimidin, Pyridazin und substituiertes Pyridazin, Pyrrol, 3-Pyrrolin, Pyrazol, 2-Pyrazolin sowie Gemische daraus nennen.
  • Bei der im nichtbasischen organischen Lösungsmittel aufzulösenden organischen Base kann es sich um die vorstehend genannten tertiären Amine, sekundäre Amine mit großen Gruppen und Phosphine handeln. Als Beispiele für das nichtbasische organische Lösungsmittel lassen sich aliphatische Kohlenwasserstoffe, alicyclische Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe, aliphatische Ether und alicyclische Ether nennen. Als Beispiele für geeignete nichtbasische organische Lösungsmittel lassen sich Methylenchlorid, Chloroform, Kohlenstofftetrachlorid, Bromoform. Ethylenchlorid, Ethylidenchlorid, Trichlorethan, Tetrachlorethan, Ethylether, Isopropylether, Ethylbutylether, Butylether, 1,2-Dioxyethan, Dioxan, Dimethyldioxan, Tetrahydrofuran, Tetrahydropyran, Pentan, Hexan, Isohexan, Methylpentan, Heptan, Isoheptan, Octan, Isooctan, Cyclopentan, Methylcyclopentan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Benzen, Toluen, Xylen, Ethylbenzen sowie Gemische daraus nennen.
  • Die Menge der organischen Base beträgt mindestens 5 Masseteile, vorzugsweise mindestens 20 Masse% je 100 Masseteile des nichtbasischen organischen Lösungsmittels.
  • Die Lösung des Ausgangspolysilazans in dem organischen basenhaltigen Lösungsmittel weist in der Regel eine Konzentration von 0,1 bis 50 Masse% auf. Bei Polysilazankonzentrationen von über 50 Masse% wird die Zügelung der Reaktion problematisch. Zu niedrige Konzentrationen, also Konzentrationen von unter 0,1 Masse%, sind andererseits ebenfalls unerwünscht, weil dann die Reaktion zu langsam abläuft. Die Konzentration des Ausgangspolysilazans beträgt vorzugsweise 1 bis 12 Masse%.
  • Das sekundäre Amin bzw. das trisubstituierte Hydrazin kann im allgemeinen in Mengen von 0,01 bis 5 000 Mol, vorzugsweise 0,5 bis 1 000 Mol je Mol des Polysilazans eingesetzt werden.
  • Die Reaktion läuft bei Temperaturen von in der Regel -78 bis 300 ºC, vorzugsweise -48 bis 200 ºC, ab. Temperaturen unter -78 ºC reichen nicht aus, um die Polykondensationsreaktion auszulösen. Zu hohe Temperaturen, also Temperaturen von über 300 ºC, wiederum erschweren einen homogenen Ablauf der Reaktion. Vorzugsweise erfolgt die Reaktion in einer trockenen Stickstoffatmosphäre, einer trockenen Argonatmosphäre oder einer ähnlichen inerten Atmosphäre. Wird die Reaktion in einem geschlossen Reaktionsapparat wie einem Autoklaven vorgenommen, erhöht sich der Reaktionsdruck im Verlaufe der Reaktion aufgrund der in-situ-Erzeugung von Wasserstoffgas. Die Polykondensation muß allerdings nicht unbedingt unter Druckbedingungen durchgeführt werden. Die Reaktion kann bei Umgebungsdruck erfolgen. Die Reaktionsdauer ist unterschiedlich je nach Art und Konzentration des Ausgangspolysilazans und der organischen Base, nach der gewählten Reaktionstemperatur und den beabsichtigten Eigenschaften des polykondensierten Polysilazanprodukts, bewegt sich jedoch im allgemeinen zwischen etwa 0,5 bis 20 Stunden. Die optimalen Reaktionsbedingungen richten sich nach der Zahlenmittelmolmasse sowie nach der Molekülmassenverteilung des Ausgangspolysilazans. Je niedriger die relative Molekülmasse des Ausgangspolysilanzans ist, desto schärfere Bedingungen werden in der Regel gewählt.
  • Nach Abschluß der Polykondensationsreaktion handelt es sich bei dem Reaktionsgemisch in der Regel um eine Lösung, die das polykondensierte Polysilazan sowie das organische basenhaltige Lösungsmittel enthält. Anzustreben ist eine Verringerung der Konzentration der organischen Base im Reaktionsprodukt, da es ansonsten zu einer Gelierung des Reaktionsgemischs kommt, wenn es längere Zeit bei Raumtemperatur stehengelassen wird. Die Verringerung der Konzentration der organischen Base läßt sich bewirken, indem zumindest ein Teil der organischen Base durch Destillation entfernt und durch eine geeignete Menge eines nichtbasischen organischen Lösungsmittels, beispielsweise einen Kohlenwasserstoff, einen halogenierten Kohlenwasserstoff oder einen Ether, ersetzt wird. Günstigerweise werden die oben als Beispiele genannten nichtbasischen organischen Lösungsmittel eingesetzt. Ein solcher Ersetzungsschritt kann je nach Bedarf zweimal oder öfter wiederholt werden, wodurch man eine stabile Lösung des polykondensierten Polysilazans erhält. Insbesondere sollte die Konzentration der organischen Base in der entstehenden Polysilazanlösung in bezug auf die Gesamtmasse der organischen Base und des in der Lösung enthaltenen nichtbasischen organischen Lösungsmittels vorzugsweise 30 % oder darunter, besser noch 5 % oder darunter, betragen.
  • Bei der zwischen dem sekundären Amin bzw. dem trisubstituierten Hydrazin und dem Ausgangspolysilazan ablaufenden Reaktion handelt es sich um eine dehydrierende Kondensationsreaktion, die schematisch folgendermaßen dargestellt werden kann:
  • Bei dem erfindungsgemäßen Polysilazan handelt es sich um ein Polymer, das durch eine Polykondensationsreaktion des Ausgangspolysilazans mit dem Amin oder Hydrazin erhalten wird und das eine neu eingeführte Bindung mit der Gruppe -A-NR&sub3;R&sub7; aufweist. Dadurch hat das polykondensierte Polysilazan eine größere relative Molekülmasse als das Ausgangspolysilazan. Das polykondensierte Polysilazan hat eine Molekülmasse von 200 bis 500 000, vorzugsweise 1 000 bis 50 000, besser noch 1 500 bis 10 000.
  • Zudem weist das polykondensierte Polysilazan einen höheren Gehalt an Stickstoffatomen auf als das Ausgangspolysilazan. Beispielsweise steigt das Atomverhältnis N/Si von Perhydropolysilazan, Methylhydrosilazan, N-Methylsilazan, N-(Triethylsilyl)allylsilazan, N-(Dimethylamino)cyclohexylsilazan und Phenylpolysilazan nach der Umwandlung in polykondensierte Polysilazane in der genannten Reihenfolge von 0,60 bis 0,75 auf mindestens 0,80; von 0,90 bis 0,97 auf mindestens 0,98; von 0,67 bis 1,50 auf mindestens 1,6; von 0,55 bis 0,70 auf mindestens 0,87; von 1,1 bis 2,0 auf mindestens 2,2 sowie von 0,85 bis 0,96 auf mindestens 0,98. Das N/Si-Verhältnis des polykondensierten Polysilazans läßt sich auf jeden beliebigen Grad erhöhen, sofern die Löslichkeit des polykondensierten Polysilazans in einem organischen Lösungsmittel wie o-Xylen nicht beeinträchtigt wird. In der Regel liegt das N/Si-Atomverhältnis des polykondensierten Polysilazans nicht höher als 2,5, vorzugsweise nicht höher als 2,0.
  • Das polykondensierte Polysilazan unterscheidet sich vom Ausgangspolysilazan auch durch die höhere Anzahl verzweigter Seitenketten. Aus diesem Grund ist der Feststoff auch dann, wenn die Polykondensation zur Bildung eines polykondensierten Polysilazans führt, das sich nach Entfernung des Lösungsmittels verfestigt, trotz der hohen relativen Molekülmasse in einem organischen Lösungsmittel wie o-Xylen löslich. Die verzweigten Ketten gelten als Ergebnis der folgenden Reaktion:
  • Handelt es sich bei der Gruppe R&sub1; des Ausgangspolysilazans um Wasserstoff, so kann die Bildung der verzweigten Ketten durch Vergleich der Protonen-NMR-Sepktren des polykondensierten Polysilazans und des Ausgangspolysilazans nachgewiesen werden. Namentlich die Integration (S2H) des Peaks bei 4,8 ppm (der SiH&sub2;-Gruppe zugeordnet) und die Integration (S3H) des Peaks bei 4,4 ppm (der SiH&sub3;-Gruppe zugeordnet) ergibt ein SiH&sub2;/SiH&sub3;-Molverhältnis (= 3S2H/2S3H). Kennzeichnenderweise liegt das SiH&sub2;/SiH&sub3;-Molverhältnis beim Ausgangspolysilazan bei 5,0 bis 19,0, während es beim polykondensierten Produkt mit 2,5 bis 8,4 niedriger ist.
  • Da das erfindungsgemäße polykondensierte Polysilazan in unterschiedlichen organischen Lösungsmitteln löslich ist und sich durch Kalzinierung in Siliciumnitrid oder siliciumnitridhaltige Keramikwerkstoffe umwandeln läßt, können aus dem polykondensierten Polysilazan geformte Keramikkörper wie Endlosfasern, Folien und Beschichtungen gewonnen werden, die über günstige Eigenschaften wie mechanische Festigkeit bei erhöhten Temperaturen, Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Oxydationsbeständigkeit und Beständigkeit gegenüber Wärmeschock verfügen. Die hohe Keramikausbeute des polykondensierten Polysilazans gestattet außerdem ihre Verwendung als Binde- und Imprägniermittel. Darüber hinaus ist das polykondensierte Polysilazan, das frei von unerwünschten Verunreinigungen wie Metallkatalysatoren, eine Zersetzung des Polysilazans verursachenden Katalysatoren oder ähnlichen Verunreinigungen ist, stabil und leicht zu verarbeiten, übersteht lange Lagerungszeiten und ergibt Keramkwerkstoffe von hoher Reinheit mit hoher Keramikausbeute. Zudem werden dank der hohen relativen Molekülmasse das Verfestigungsvermögen, die Formbarkeit und die Verspinnbarkeit verbessert. Außerdem läßt sich das polykondensierte Polysilazan nach dem erfindungsgemäßen Verfahren leicht herstellen.
  • Anhand der folgenden Beispiele wird die vorliegende Erfindung ausführlicher beschrieben.
  • Beispiel 1
  • In einen Vierhalskolben mit einem Fassungsvermögen von 1000 ml, der mit einer Gaszuführungsleitung, einem mechanischen Rührer und einem Dewar-Kondensator ausgestattet war, wurde ein sauerstoffreies trockenes Stickstoffgas geleitet, um den Inhalt des Kolbens damit zu ersetzen. Nach dem Eintragen von 490 ml (entgastem) trockenem Pyridin wurde der Kolben in einem Eisbad gekühlt. Anschließend wurden 51,6 g Dichlorsilan in den Kolben eingetragen, wodurch sich ein weißer Adduktniederschlag bildete (SiH&sub2;Cl&sub2; 2C&sub5;H&sub5;N).
  • Danach wurden unter Rühren und Kühlen im Eisbad 51,0 g Ammoniak, das nacheinander durch eine Röhre mit Natriumhydroxid und eine Röhre mit Aktivkohle geleitet worden war, durch das Reaktionsgemisch im Kolben gesprudelt. Nach Abschluß der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch zentrifugiert, und der Überstand wurde mit trockenem Pyridin gewaschen, wonach eine Filtrierung in einer Stickstoffatmosphäre erfolgte, wodurch 850 ml eines Filtrats erhalten wurden, das Perhydrosilazan enthielt. Nach Entfernung des Lösungsmittels aus dem Filtrat (5 ml) mittels Abdampfen im Vakuum wurden 0,102 g eines harzigen Feststoffs erhalten. Mittels Gelpermeationschromatographie wurde festgestellt, daß das Polysilazan eine Zahlenmittelmolmasse von 980 aufwies. Das IR-Spektrum des Polysilazans (Lösungsmittel: trockenes o-Xylen, Konzentration 10,2 g/l) zeigte eine Absorption bei 3350 cm¹ (Absorptionsindex ε=0,557 I g&supmin;¹ cm&supmin;¹) und 1175 cm&supmin;¹ (auf der Grundlage von NH), bei 2170 cm&supmin;¹ (ε = 3,14, auf Basis von SiH) und bei 1020 bis 820 cm&supmin;¹ (ausgehend von SiH und SiNSi). Das bei 60 mHz aufgezeichnete Protonen-NMR-Spektrum (Lösungsmittel: CDCl&sub3;, Bezug: TMS) zeigte breite Signale bei 4,8 (SiH&sub2;) und 4,4 (SiH&sub3;) sowie bei 1,5 (NH). Dieses Polysilazan wird nachfolgend als Polysilazan (I) bezeichnet.
  • Polysilazan (I) wurde in Pyridin gelöst, wodurch 100 ml einer Pyridinlösung erhalten wurden, die 10,3 Masse% Polysilazan (I) enthielt. Die Lösung wurde in einen Autoklaven mit einem Innenvolumen von 300 ml eingetragen und mit 3 ml (29,0 mmol) dehydriertem Diethylamin versetzt. Anschließend wurde das Gemisch unter Rühren bei 110 ºC unter Eigendruck drei Stunden lang umgesetzt. Dabei wurde die Bildung einer großen Gasmenge festgestellt, und der Druck im Autoklaven stieg infolge der Reaktion um 2,2 kg/cm² an. Mittels Gaschromatographie wurde festgestellt, daß es sich bei dem gebildeten Gas um Wasserstoff handelte. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde dem Reaktionsgemisch trockenes o-Xylen (200 ml) beigemischt. Dann wurde das Lösungsmittel durch Destillation bei 50-70 ºC und 3-5 mmHg entfernt. Dabei wurden 5,1 g eines weißen Pulvers erhalten. Dieses Pulver (polykondensiertes Produkt) erwies sich als löslich in Toluen, Tetrahydrofuran und Chloroform. Eine Gelpermeationschromatographie zeigte, daß das polykondensierte Produkt eine Zahlenmittelmolmasse von 5240 hatte. Im IR-Spektrum des polykondensierten Produkts (Lösungsmittel: Toluen) war eine Absorption bei 3350 cm&supmin;¹ und 1175 cm&supmin;¹ (auf Basis von NH), bei 2170 cm&supmin;¹ (auf der Grundlage von SiH), bei 1020-820 cm&supmin;¹ (ausgehend von SiH und SiNSi), bei 2690, 2930, 2880, 1460 und 1380 cm&supmin;¹ (auf Basis von CH) und bei 1090 cm&supmin;¹ (ausgehend von CN) erkennbar. Das Protonen-NMR-Spektrum (Lösungsmittel: CDCl&sub3;, Bezug: TMS) zeigte breite Signale bei 4,8 (SiH&sub2;), bei 4,4 (SiH&sub3;), bei 2,7 (CH&sub2;), bei 1,4 (NH) und bei 0,9 (CH&sub3;). Die Elementaranalyse des polykondensierten Produkts ergab folgende Masse%-Werte:
  • Si: 50,1; N: 25,8; O: 3,6; C: 12,4; H: 7,3.
  • Beispiel 2
  • Das in Beispiel 1 gewonnene Polysilazan (I) wurde in γ-Picolin gelöst, wodurch 80 ml einer Pyridinlösung erhalten wurden, die 5,76 Masse% Polysilazan (I) enthielt. Die Lösung wurde in einen Autoklaven mit einem Innenvolumen von 300 ml eingetragen und mit 5 ml Trimethylhydrazin versetzt. Anschließend wurde das Gemisch bei 120 ºC unter Eigendruck 3 Stunden lang unter Rühren umgesetzt. Es zeigte sich, daß eine große Gasmenge erzeugt wurde und der Druck im Autoklaven infolge der Reaktion um 2,0 kg/cm&supmin;² anstieg. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wurde dem Reaktionsgemisch trockenes o-Xylen (200 ml) beigemischt. Dann wurde das Lösungsmittel durch Destillation bei 50 bis 70 ºC und 3 bis 5 mmHg entfernt, so daß sich 4,9 g eines weißen Pulvers ergaben, das in Toluen, Tetrahydrofuran und Chloroform löslich war. Eine Gelpermeationschromatographie ergab, daß dieses Pulver (polykondensiertes Polysilazan) eine Zahlenmittelmolmasse von 3 080 hatte.
  • Beispiel 3
  • In einen Vierhalskolben mit einem Fassungsvermögen von 1000 ml, der mit einer Gaszuführungsleitung, einem mechanischen Rührer und einem Dewar-Kondensator ausgestattet war, wurde ein sauerstoffreies trockenes Stickstoffgas geleitet, um den Inhalt des Kolbens damit zu ersetzen. Nach dem Eintragen von 500 ml trockenem Dichlormethan wurde der Kolben in einem Eisbad gekühlt. Anschließend wurden 48,6 g Dichlorsilan in den Kolben eingetragen. Danach wurden unter Rühren und Kühlen im Eisbad 42,5 g Ammoniak, das nacheinander durch eine Röhre mit Natriumhydroxid und eine Röhre mit Aktivkohle geleitet worden war, als Gemisch mit trockenem Stickstoffgas durch das Reaktionsgemisch im Kolben gesprudelt. Im Verlaufe der Reaktion mußte der abwärts verlaufende Gasdurchgang des Kolbens gelegentlich beklopft werden, um eine pulverartige Substanz zu entfernen, die sich an dessen Innenfläche ablagerte und ansammelte, und um Verstopfungen zu vermeiden. Nach Abschluß der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch zentrifugiert, und der Überstand wurde mit trockenem Pyridin gewaschen. Nach dem Filtrieren wurde das Lösungsmittel aus dem Filtrat durch Verdampfem im Vakkum entfernt, so daß 9,6 g eines viskosen öligen Polysilazans übrigblieben. Eine Gelpermeationschromatographie des Polysilazans ergab, daß dessen Zahlenmittelmolmasse 640 betrug. Dieses Polysilazan wird nachfolgend als Polysilazan (II) bezeichnet.
  • Polysilazan (II) wurde in Pyridin gelöst, so daß sich 100 ml einer Pyridinlösung ergaben, die 7.04 Masse% Polysilazan (II) enthielt. Die Lösung wurde in einen Autoklaven mit einem Innenvolumen von 300 ml eingetragen und mit 25 ml N-Methylanilin versetzt. Anschließend wurde das Gemisch bei 100 ºC unter Eigendruck 5 Stunden lang umgesetzt. Es zeigte sich, daß eine große Gasmenge erzeugt wurde, so daß der Druck im Autoklaven infolge der Reaktion um 1,8 kg/cm&supmin;² anstieg. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wurde dem Reaktionsgemisch o-Xylen beigemischt. Dann wurde das Lösungsmittel durch Destillation bei 50 bis 70 ºC und 3 bis 5 mmHg entfernt, so daß sich 6,8 g eines gelblichen Pulvers ergaben, das in Toluen, Tetrahydrofuran und Chloroform löslich war. Die Gelpermeationschromatographie zeigte, daß dieses Pulver (polykondensiertes Polysilazan) eine Zahlenmittelmolmasse von 2 740 hatte.
  • Beispiel 4
  • In einen Vierhalskolben (1 000 ml) mit Gaszuführungsleitung, mechanischem Rührwerk und Dewar-Kondensator wurde ein sauerstofffreies trockenes Stickstoffgas eingespeist, um den Inhalt des Kolbens damit zu ersetzen. Nach Einspeisung von 450 ml entgastem trockenem Tetrahydrofuran wurde der Kolben in einem Eis-Methanol-Bad gekühlt. Dann wurden 46,2 g Dichlorsilan in den Kolben eingetragen. Anschließend wurden unter Rühren und Kühlung 44,2 g wasserfreies Methylamin, gemischt mit trockenem Stickstoffgas, durch das Reaktionsgemisch im Kolben gesprudelt. Nach Abschluß der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch zentrifugiert, und der Überstand wurde mit trockenem Tetrahydrofuran gewaschen und in einer Stickstoffatmosphäre filtriert, so daß sich 820 ml eines Filtrats ergaben. Das Lösungsmittel wurde durch Verdampfen im Vakuum aus dem Filtrat entfernt, so daß 8,4 g viskoses öliges N-Methylsilazan zurückblieben. Die Gelpermeationschromatographie ergab für das N-Methylsilazan eine Zahlenmittelmolmasse von 1 100. Dieses N-Methylsilazan wird im folgenden als Polysilazan (III) bezeichnet.
  • Das auf diese Weise gewonnene Polysilazan (III) wurde in Pyridin gelöst, so daß sich 60 ml einer Pyridinlösung ergaben, die 14,4 Masse% Polysilazan (III) enthielt. Die Lösung wurde in einen Autoklaven mit einem Innenvolumen von 300 ml eingetragen und mit 20 g 1,2-Dimethyl-1-phenylhydrazin versetzt. Das Gemisch wurde danach bei 150 ºC unter Eigendruck 5 Stunden lang unter Rühren umgesetzt. Es zeigte sich, daß ein Gas gebildet wurde, so daß der Innendruck infolge der Reaktion um 0,3 kg/cm&supmin;² anstieg. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wurde dem Reaktionsgemisch o-Xylen beigemischt. Das Lösungsmittel wurde durch Destillation bei 50 bis 70 ºC und 3 bis 5 mmHg entfernt, so daß sich ein hellgelber wachsartiger Feststoff ergab, dessen Schmelzpunkt bei etwa 200 ºC lag. Eine Gelpermeationschromatographie ergab, daß die Zahlenmittelmolmasse dieses Produkts (polykondensiertes Polysilazan) 1 480 betrug.
  • Beispiel 5
  • In einen Vierhalskolben (1000 ml) mit Gaszuführungsleitung, mechanischem Rührwerk und Dewar-Kondensator wurde ein sauerstofffreies trockenes Stickstoffgas eingespeist, um den Inhalt des Kolbens damit zu ersetzen. Nach Eintragen von 300 ml trockenem Dichlormethan und 24,3 g (0,211 mol) Methyldichlorsilan wurde der Kolben in einem Eisbad gekühlt. Danach wurden unter Rühren und Kühlung im Eisbad 18,1 g Ammoniak, das zuvor nacheinander durch eine Röhre mit Natriumhydroxid und zur Reinigung durch eine Röhre mit Aktivkohle geleitet worden war, durch das Reaktionsgemisch im Kolben gesprudelt. Nach Abschluß der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch zentrifugiert, und der Überstand wurde mit trockenem Dichlormethan gewaschen. Anschließend erfolgte eine Filtrierung in einer Stickstoffatmosphäre Das Lösungsmittel wurde durch Verdampfen im Vakuum entfernt, so daß 8,81 g Polymethylsilazan in Form einer farblosen, durchsichtigen Flüssigkeit übrigblieben. Die Gelpermeationschromatographie ergab, daß das Polysilazan eine Zahlenmittelmolmasse von 380 aufwies. Dieses Polysilazan wird im folgenden als Polysilazan (IV) bezeichnet.
  • Das auf diese Weise gewonnene Polysilazan (IV) wurde in Pyridin gelöst, so daß 100 ml einer Lösung mit 8,16 Masse% Polysilazan (III) entstanden. Die Lösung wurde in einen Autoklaven mit einem Innenvolumen von 300 ml eingetragen und mit 1 5 ml Dipropylamin versetzt. Das Gemisch wurde bei 120 ºC unter Eigendruck 6 Stunden lang unter Rühren umgesetzt. Es stellte sich heraus, daß Gas gebildet wurde, so daß der Innendruck infolge der Reaktion um 0,4 kg/cm² anstieg. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wurde das Lösungsmittel durch Destillation bei 50 bis 70 ºC und 3 bis 5 mmHg entfernt, so daß ein weißer wachsartiger Feststoff entstand. Mittels Gelpermeationschromatographie wurde festgestellt, daß die Zahlenmittelmolmasse dieses Produkts (polykondensiertes Polysilazan) 1 720 betrug.
  • Beispiel 6
  • In einen Vierhalskolben (1000 ml) mit Gaszuführungsleitung, mechanischem Rührwerk und Dewar-Kondensator wurde ein sauerstofffreies trockenes Stickstoffgas eingespeist, um den Inhalt des Kolbens damit zu ersetzen. Nach Eintragen von 500 ml trockenem Benzen wurde der Kolben im einem Wasserbad gekühlt. Dann wurden 40,6 g Dichlorsilan zugegeben. Anschließend wurden unter Rühren und Kühlung im Wasserbad 42,0 g Ammoniak, das nacheinander durch eine Röhre mit Natriumhydroxid sowie zur Reinigung durch eine Röhre mit Aktivkohle geleitet worden war, gemischt mit trockenem Stickstoffgas, durch das Reaktionsgemisch im Kolben gesprudelt. Im Verlaufe der Reaktion erwies es sich hin und wieder als erforderlich, den abwärts verlaufenden Gasdurchgang des Kolbens zu beklopfen, um eine pulverartige Substanz zu beseitigen, die sich an dessen Innenfläche absetzte und ansammelte, und um eine Verstopfung zu vermeiden. Nach Abschluß der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch zentrifugiert, und der Überstand wurde mit trockenem o-Xylen gewaschen. Nach Filtrieren wurde das Lösungsmittel durch Verdampfen im Vakuum aus dem Filtrat entfernt, und 5,2 g eines viskosen öligen Perhydrosilazans blieben übrig. Eine Gelpermeationschromatographie ergab, daß das Polysilazan eine Zahlenmittelmolmasse von 320 hatte. Dieses Polysilazan wird im folgenden als Polysilazan (V) bezeichnet.
  • Das so gewonnene Polysilazan (V) wurde in Pyridin gelöst, so daß 100 ml einer Pyridinlösung mit einem Polysilazan (V)-Gehalt von 5,59 Masse% entstanden. Die Lösung wurde in einen Autoklaven mit einem Innenvolumen von 300 ml eingetragen und mit 8 ml Trimethylhydrazin versetzt. Das Gemisch wurde bei 120 ºC unter Eigendruck 3 Stunden lang unter Rühren umgesetzt. Es zeigte sich, daß eine große Gasmenge gebildet wurde, so daß der Druck im Autoklaven infolge der Reaktion um 0,8 kg/cm² anstieg. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wurde das Lösungsmittel durch Destillation bei 50 bis 70 ºC und 3 bis 5 mmHg entfernt, so daß sich 5,2 g eines weißen Pulvers ergaben. Die Gelpermeationschromatographie zeigte, daß dieses Pulver (polykondensiertes Polysilazan) eine Zahlenmittelmolmasse von 2 250 hatte.
  • Beispiel 7
  • In einen Vierhalskolben (1000 ml) mit Gaszuführungsleitung, Tropftrichter, mechanischem Rührwerk und Dewar-Kondensator wurde ein sauerstoffreies trockenes Stickstoffgas eingespeist, um den Inhalt des Kolbens damit zu ersetzen. Dann wurden 400 ml trockenes Benzen und 64,5 g Allyldichlorsilan, das nach dem herkömmlichen Verfahren (J. Am. Chem. Soc., Vol 67, 1813 (1945)) gewonnen wurde, in den Kolben eingetragen. Während das Gemisch im Kolben gerührt wurde, wurde eine Lösung aus 42,5 g Triethylaminosilan in 50 ml trockenem Benzen tropfenweise durch den Tropftrichter zugegeben. Das eingesetzte Triethylaminosilan wurde mittels des bekannten Verfahrens (J. Am. Chem. Soc., Vol 70, 435 (1948)) hergestellt. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch unter Rückfluß in einem Ölbad unter Rühren erhitzt, um die Reaktion abzuschließen. Das Reaktionsgemisch wurde zentrifugiert, und der Überstand wurde mit trockenem Benzen gewaschen. Nach Filtrieren in einer Stickstoffatmosphäre wurde das Lösungsmittel durch Verdampfen im Vakuum aus dem Filtrat entfernt, so daß 19,2 g N-(Triethylsilyl)allylsilazan in Form einer Flüssigkeit zurückblieben. Eine Gelpermeationschromatographie ergab, daß die Zahlenmittelmolmasse des Polysilazan 360 betrug. Dieses Polysilazan wird im folgenden als Polysilazan (VI) bezeichnet.
  • Das auf diese Weise gewonnene Polysilazan (VI) wurde in Pyridin gelöst, so daß sich 60 ml einer Pyridinlösung ergaben, die 6,47 Masse% Polysilazan (VI) enthielt. Die Lösung wurde in einen Autoklaven mit einem Innenvolumen von 300 ml eingetragen und mit 15 ml Diethylamin versetzt. Danach wurde das Gemisch bei 160 ºC unter Eigendruck 6 Stunden lang unter Rühren umgesetzt. Es wurde festgestellt, daß Gas gebildet wurde, so daß der Druck im Autoklaven infolge der Reaktion um 0,3 kg/cm² anstieg. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wurde das Lösungsmittel durch Destillation bei 50 bis 70 ºC und 3 bis 5 mmHg entfernt, was 3,2 g eines hellgelben wachsartigen Feststoffs ergab, dessen Schmelzpunkt bei etwa 180 ºC lag. Die Gelpermeationschromatographie ergab, daß dieses Produkt (polykondensiertes Polysilazan) eine Zahlenmittelmolmasse von 1 350 hatte.
  • Beispiel 8
  • Zu 110 g Trichlorsilan wurden portionsweise 62,0 g Grignard-Reagens gegeben, das aus Cyclohexylbromid gewonnen worden war. Die Destillation des Gemischs im Vakuum ergab 16,4 g Cyclohexyldichlorsilan. In einen Vierhalskolben (1000 ml) mit Gaszuführungsleitung, Tropftrichter, mechanischem Rührwerk und Dewar-Kondensator wurde ein sauerstoffreies trockenes Stickstoffgas eingespeist, um den Inhalt des Kolbens damit zu ersetzen. Danach wurden 420 ml trockenes Benzen und 12,5 g des nach obigem Verfahren gewonnenen Allyldichlorsilans in den Kolben eingetragen. Während das Gemisch im Kolben gerührt wurde, wurde eine Lösung aus 15,6 g 1,1-Dimethylhydrazin in 40 ml trockenem Benzen tropfenweise über den Tropftrichter zugesetzt. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch bis zum Abschluß der Reaktion bei Raumtemperatur gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde zentrifugiert, und der Überstand wurde mit trockenem Benzen gewaschen. Nach Filtrieren in einer Stickstoffatmosphäre wurde das Lösungsmittel durch Verdampfen im Vakuum aus dem Filtrat (730 ml) entfernt, so daß 3,2 g N-(Dimethylamino)cyclohexylsilazan in Form eines Öls übrigblieben. Die Gelpermeationschromatographie des Polysilazans ergab, daß dessen Zahlenmittelmolmasse 390 betrug. Dieses Polysilazan wird im folgenden als Polysilazan (VII) bezeichnet.
  • Das auf diese Weise gewonnene Polysilazan (VII) wurde in Pyridin gelöst, wodurch 80 ml einer Pyridinlösung erhalten wurden, die 3,2 Masse% Polysilazan (VII) enthielt. Die Lösung wurde in einen Autoklaven mit einem Innenvolumen von 300 ml eingetragen und mit 10 ml Dibutylamin versetzt. Anschließend wurde das Gemisch bei 120 ºC unter Eigendruck 8 Stunden lang unter Rühren umgesetzt. Es wurde festgestellt, daß Gas gebildet worden war, so daß der Druck im Autoklaven infolge der Reaktion um 0,2 kg/cm² anstieg. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurde das Lösungsmittel durch Destillation bei 50 bis 70 ºC und 3 bis 5 mmHg entfernt, woraufhin 2,0 g eines hellgelben wachsartigen Feststoffs zurückblieb, dessen Schmelzpunkt bei etwa 150 ºC lag. Die Gelpermeationschromatographie ergab, daß dieses Produkt (polykondensiertes Polysilazan) eine Zahlenmittelmolmasse von 1 110 aufwies.
  • Beispiel 9
  • In einen Vierhalskolben (1000 ml) mit Gaszuführungsleitung, mechanischem Rührwerk und Dewar-Kondensator wurde ein sauerstofffreies trockenes Stickstoffgas eingespeist, um den Inhalt des Kolbens damit zu ersetzen. Nach Eintragen von 500 ml trockenem Toluen wurde der Kolben in einem Eisbad gekühlt. Dann wurden 52,1 g Phenyldichlorsilan zugegeben. Anschließend wurden unter Rühren und Kühlung im Eisbad 30,0 g Ammoniak, das nacheinander durch eine Röhre mit Natriumhydroxid und durch eine Röhre mit Aktivkohle geleitet worden war, durch das Reaktionsgemisch im Kolben gesprudelt. Nach Abschluß der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch zentrifugiert, und der Überstand wurde mit trockenem Pyridin gewaschen. Nach Filtrieren in einer Stickstoffatmosphäre wurde das Lösungsmittel durch Verdampfen im Vakuum aus dem Filtrat entfernt, und 6,8 g öliges Phenylpolysilazan blieben übrig. Eine Gelpermeationschromatographie ergab, daß das Polysilazan einen Zahlenmittelmolmasse von 380 hatte. Dieses Polysilazan wird im folgenden als Polysilazan (VIII) bezeichnet.
  • Das so gewonnene Polysilazan (VIII) wurde in Pyridin gelöst, so daß 100 ml einer Pyridinlösung mit einem Polysilazan (VIII)-Gehalt von 8,14 Masse% entstanden. Die Lösung wurde in einen Autoklaven mit einem Innenvolumen von 300 ml eingetragen und mit 30 ml Dipropylamin versetzt. Das Gemisch wurde bei 150 ºC unter Eigendruck 6 Stunden lang unter Rühren umgesetzt. Es zeigte sich, daß Gas gebildet wurde, so daß der Druck im Autoklaven infolge der Reaktion um 0,4 kg/cm² anstieg. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wurde das Lösungsmittel durch Destillation bei 50 bis 70 ºC und 3 bis 5 mmHg entfernt, so daß sich 7,3 g eines wachsartigen Feststoffs ergaben. Die Gelpermeationschromatographie zeigte, daß dieses Produkt (polykondensiertes Polysilazan) eine Zahlenmittelmolmasse von 1 310 hatte.

Claims (11)

1. Polykondensiertes Polysilazan mit einer Zahlenmittelmolmasse von 200 bis 500 000, bestimmt mittels Gelpermeationschromatographie, das wiederkehrende Einheiten (a) und (b) enthält, wobei die wiederkehrenden Einheiten (a) folgende Formel aufweisen:
worin R&sub1; und R&sub2; unabhängig voneinander für Wasserstoff, Alkyl, Alkenyl, Cycloalkyl, Alkylamin, Aryl oder Alkylsilyl stehen, und die wiederkehrenden Einheiten (b) folgende Formel aufweisen:
worin R&sub1; und R&sub2; wie oben definiert sind, A für eine direkte Bindung oder -N(R&sub4;)- steht, wobei R&sub4; Wasserstoff, Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Aralkyl oder eine heterocyclische Gruppe bedeutet und R&sub3; und R&sub7; unabhängig voneinander Alkyl, Alkenyl, Cycloalkyl, Aryl, Aralkyl oder eine heterocyclische Gruppe bedeuten.
2. Polysilazan nach Anspruch 1, bei dem die Zahlenmittelmolmasse 1 000 bis 50 000 beträgt.
3. Verfahren zur Herstellung eines polykondensierten Polysilazans entsprechend der Definition von Anspruch 1, das folgendes umfaßt: Reaktion eines Ausgangspolysilazans mit einer Zahlenmittelmolmasse von 100 bis 50 000 (bestimmt mittels Gelpermeationschromatographie), das wiederkehrende Einheiten folgender Formel enthält:
worin R&sub1; und R&sub2; wie in Anspruch 1 definert sind, in einem organischen basenhaltigen Lösungsmittel mit einem sekundären Amin der Formel:
R&sub3;R&sub7;NH
oder mit einem 1,1,2-trisubstituierten Hydrazin der Formel:
R&sub3;R&sub7;N-NHR&sub4;
worin R&sub3;, R&sub4; und R&sub7; wie in Anspruch 1 definiert sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das organische basenhaltige Lösungsmittel aus einer flüssigen organischen Base besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die flüssige organische Base ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus Trimethylamin, Dimethylamin, Dimethylethylamin, Diethylmethylamin, Triethylamin, Pyridin und einem substituierten Pyridin, Dimethylanilin und einem substituierten Dimethylanilin, Pyrazin und einem substituierten Pyrazin, Pyrimidin und einem substituierten Pyrimidin, Pyridazin und einem substituierten Pyridazin, Pyrrol, 3-Pyrrolin, Pyrazol, 2-Pyrazolin sowie Gemischen daraus besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das organische basenhaltige Lösungsmittel ein nichtbasisches organisches Lösungsmittel ist, in dem eine organische Base gelöst ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die organische Base ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus tertiären Ammen, sekundären Ammen, Phosphinen sowie Gemischen daraus besteht, und das nichtbasische organische Lösungsmittel ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus Methylenchlorid, Chloroform, Kohlenstofftetrachlorid, Bromoform, Ethylenchlorid, Ethylidenchlorid, Trichlorethan, Tetrachlorethan, Ethylether, Isopropylether, Ethylbutylether, Butylether, 1,2-Dioxyethan, Dioxan, Dimethyldioxan, Tetrahydrofuran, Tetrahydropyran, Pentan, Hexan, Isohexan, Methylpentan, Heptan, Isoheptan, Octan, Isooctan, Cyclopentan, Methylcyclopentan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Benzol, Toluol, Xylol, Ethylbenzol sowie Gemischen daraus besteht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem die Konzentration der Polysilazanlösung 0,1 bis 50 Masse% beträgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem das sekundäre Amin bzw. das 1,1,2-trisubstituierte Hydrazin in einer Menge von 0,01 bis 5 000 Mol je Mol des Polysilazans eingesetzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, bei dem das Ausgangspolysilazan eine Zahlenmittelmolmasse von 100 bis 50 000 aufweist und die Reaktion auf eine Weise durchgeführt wird, daß das gebildete Polysilazan über eine Zahlenmittelmolmasse von 200 bis 500 000 verfügt, wobei die Zahlenmittelmolmasse mittels Gelpermeationschromatographie bestimmt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, bei dem die Reaktion auf eine Weise durchgeführt wird, daß das Molverhältnis N/Si des Polysilazans erhöht wird.
DE3855737T 1987-08-13 1988-08-12 Polykondensiertes Polysilazan und Verfahren zu seiner Herstellung Expired - Fee Related DE3855737T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20276787 1987-08-13
JP63028295A JP2750405B2 (ja) 1988-02-08 1988-02-08 改質ポリシラザン及びその製造法
JP63028296A JP2750406B2 (ja) 1988-02-08 1988-02-08 改質ポリシラザン及びその製造法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3855737D1 DE3855737D1 (de) 1997-02-13
DE3855737T2 true DE3855737T2 (de) 1997-07-10

Family

ID=27286152

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3855737T Expired - Fee Related DE3855737T2 (de) 1987-08-13 1988-08-12 Polykondensiertes Polysilazan und Verfahren zu seiner Herstellung
DE3853602T Expired - Lifetime DE3853602T2 (de) 1987-08-13 1988-08-12 Modifiziertes Polysilazan und Verfahren zu seiner Herstellung.

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3853602T Expired - Lifetime DE3853602T2 (de) 1987-08-13 1988-08-12 Modifiziertes Polysilazan und Verfahren zu seiner Herstellung.

Country Status (3)

Country Link
US (1) US4975512A (de)
EP (2) EP0552852B1 (de)
DE (2) DE3855737T2 (de)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3743825A1 (de) * 1987-12-23 1989-07-06 Hoechst Ag Polymere hydridosilazane, verfahren zu ihrer herstellung, aus ihnen herstellbare, siliziumnitrid enthaltende keramische materialien, sowie deren herstellung
FR2635528A1 (fr) * 1988-08-17 1990-02-23 Atochem Procede de preparation de polyhydrosilazanes derives d'hydrazine et l'utilisation desdits silazanes comme precurseurs de ceramique
JPH03190933A (ja) * 1989-12-20 1991-08-20 Shin Etsu Chem Co Ltd 有機シラザン重合体の製造方法及び該重合体を用いたセラミックスの製造方法
US5198519A (en) * 1991-04-25 1993-03-30 The Standard Oil Company Silazane polymers and method of making same
JP3283276B2 (ja) * 1991-12-04 2002-05-20 東燃ゼネラル石油株式会社 改質ポリシラザン及びその製造方法
US5750643A (en) * 1993-05-18 1998-05-12 Sri International Dehydrocoupling treatment and hydrosilylation of silicon-containing polymers, and compounds and articles produced thereby
WO1997003131A1 (fr) * 1995-07-13 1997-01-30 Tonen Corporation Composition de formation de ceramiques et procede de production de ceramiques
KR100362834B1 (ko) * 2000-05-02 2002-11-29 삼성전자 주식회사 반도체 장치의 산화막 형성 방법 및 이에 의하여 제조된 반도체 장치
US6479405B2 (en) 2000-10-12 2002-11-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of forming silicon oxide layer in semiconductor manufacturing process using spin-on glass composition and isolation method using the same method
US6756469B2 (en) * 2001-07-18 2004-06-29 Kion Corporation Polysilazane-modified polyamine hardeners for epoxy resins
US8562820B2 (en) * 2001-11-09 2013-10-22 Clearwater International, L.L.C. Sulfide scavenger
JP3479648B2 (ja) * 2001-12-27 2003-12-15 クラリアント インターナショナル リミテッド ポリシラザン処理溶剤およびこの溶剤を用いるポリシラザンの処理方法
DE10232993A1 (de) * 2002-07-19 2004-02-05 Wacker Polymer Systems Gmbh & Co. Kg Silicon-haltige Polymerisate von ehtylenisch ungesättigten Monomeren
JP4588304B2 (ja) * 2003-08-12 2010-12-01 Azエレクトロニックマテリアルズ株式会社 コーティング組成物、およびそれを用いて製造した低誘電シリカ質材料
JP5160189B2 (ja) * 2007-10-26 2013-03-13 AzエレクトロニックマテリアルズIp株式会社 緻密なシリカ質膜を得ることができるポリシラザン化合物含有組成物
CN102569060B (zh) * 2010-12-22 2015-03-11 第一毛织株式会社 形成硅氧层的组合物及其生产方法、利用其的硅氧层及生产硅氧层的方法
JP6104785B2 (ja) * 2013-12-09 2017-03-29 アーゼッド・エレクトロニック・マテリアルズ(ルクセンブルグ)ソシエテ・ア・レスポンサビリテ・リミテ ペルヒドロポリシラザン、およびそれを含む組成物、ならびにそれを用いたシリカ質膜の形成方法
CN103881473B (zh) * 2014-04-01 2016-06-01 恒昌涂料(惠阳)有限公司 一种耐黄变感光阻焊油墨及其制备方法
US10093831B2 (en) 2014-04-24 2018-10-09 Az Electronic Materials (Luxembourg) S.A.R.L. Copolymerized polysilazane, manufacturing method therefor, composition comprising same, and method for forming siliceous film using same
US10020185B2 (en) 2014-10-07 2018-07-10 Samsung Sdi Co., Ltd. Composition for forming silica layer, silica layer, and electronic device
KR101833800B1 (ko) 2014-12-19 2018-03-02 삼성에스디아이 주식회사 실리카계 막 형성용 조성물, 실리카계 막의 제조방법 및 상기 실리카계 막을 포함하는 전자 소자
KR101837971B1 (ko) 2014-12-19 2018-03-13 삼성에스디아이 주식회사 실리카계 막 형성용 조성물, 실리카계 막, 및 전자 디바이스
KR20170014946A (ko) * 2015-07-31 2017-02-08 삼성에스디아이 주식회사 실리카 막 형성용 조성물, 실리카 막의 제조방법 및 실리카 막
US10647578B2 (en) 2016-12-11 2020-05-12 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude N—H free and SI-rich per-hydridopolysilzane compositions, their synthesis, and applications
WO2018164709A1 (en) * 2017-03-09 2018-09-13 Purple Solutions, Llc Process for preparing polysilazanes
CN111902359A (zh) 2018-02-21 2020-11-06 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 全氢聚硅氮烷组合物和用于使用其形成氧化物膜的方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2579418A (en) * 1949-01-24 1951-12-18 Edwin L Gustus Polymeric resinous products containing repeating units of silicon linked to nitrogen and process for making same
US3291760A (en) * 1965-07-01 1966-12-13 Owens Illinois Inc Preparation of condensation products containing silicon-nitrogen linkages
US3354098A (en) * 1966-05-31 1967-11-21 James D Byrd Elastomeric silazane polymers and process for preparing the same
GB1225493A (de) * 1967-05-26 1971-03-17
GB1222381A (en) * 1967-05-26 1971-02-10 Midland Silicones Ltd Organosilicon compounds
US3431222A (en) * 1967-06-22 1969-03-04 Monsanto Co High temperature resistant polymeric cyclosilazanes
US4788309A (en) * 1985-04-26 1988-11-29 Sri International Method of forming compounds having Si-N groups and resulting products
US4612383A (en) * 1985-04-26 1986-09-16 S R I International Method of producing polysilazanes
JPS60145903A (ja) * 1983-12-29 1985-08-01 Toa Nenryo Kogyo Kk 無機ポリシラザン及びその合成方法
US4482669A (en) * 1984-01-19 1984-11-13 Massachusetts Institute Of Technology Preceramic organosilazane polymers
FR2584080B1 (fr) * 1985-06-26 1987-12-31 Rhone Poulenc Rech Procede de traitement thermique d'un polysilazane contenant des groupes sih et des groupes si-n-
JPS62156135A (ja) * 1985-12-28 1987-07-11 Toa Nenryo Kogyo Kk ポリオルガノ(ヒドロ)シラザン
US4840770A (en) * 1987-02-24 1989-06-20 Seco Industries, Inc. Odor control product dispenser
JPH0662775B2 (ja) * 1987-06-12 1994-08-17 チッソ株式会社 新規ポリシラザン及びその製造方法
JPH06189230A (ja) * 1992-12-18 1994-07-08 Mitsubishi Electric Corp チルトスタンド

Also Published As

Publication number Publication date
EP0304239B1 (de) 1995-04-19
EP0304239A1 (de) 1989-02-22
DE3853602T2 (de) 1995-08-31
EP0552852B1 (de) 1997-01-02
DE3855737D1 (de) 1997-02-13
EP0552852A3 (en) 1993-09-08
DE3853602D1 (de) 1995-06-01
US4975512A (en) 1990-12-04
EP0552852A2 (de) 1993-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3855737T2 (de) Polykondensiertes Polysilazan und Verfahren zu seiner Herstellung
DE69208626T2 (de) Mit Bor modifizierte härtbare Hydropolysilazanpolymere
DE3606262A1 (de) Silylcarbamate und verfahren zu ihrer herstellung
EP1317463B1 (de) Hochtemperaturstabile siliciumborcarbidnitridkeramiken aus silylalkylborazinen, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung
DE3879582T2 (de) Modifiziertes anorganisches polysilazan und verfahren zu seiner herstellung.
DE3741947A1 (de) Verfahren zur herstellung von polysilanen
EP0312825B1 (de) Polymere Hydridochlorsilazane und Verfahren zu ihrer Herstellung
EP0511568B1 (de) Organische Silazanpolymere, Verfahren zu ihrer Herstellung, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Keramikmaterialien
EP0973781B1 (de) Silylalkylborane, oligo oder polyborocarbosilazane, und silicium carbonitridkeramiken
US5071935A (en) Boron/nitrogen preceramic polymers and boron nitride ceramic materials produced therefrom
EP0511567B1 (de) Organische Silazanpolymere, Verfahren zu ihrer Herstellung, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Keramikmaterialien daraus
WO2002022624A1 (de) Siliciumborcarbonitridkeramiken und vorläuferverbindungen, verfahren zu deren herstellung und verwendung
DE68907030T2 (de) Zusammensetzungen von Ausgangsmaterialien für Keramik auf Polysilazanbasis und durch Pyrolyse dieser Zusammensetzungen erhaltene Keramik.
WO1998045303A1 (de) Borhaltige carbosilane, borhaltige oligo- oder polycarbosilazane und siliciumborcarbonitridkeramiken
EP0375974B1 (de) Polysubstituierte chlorhaltige Silazanpolymere, Verfahren zu ihrer Herstellung, sowie deren Verwendung zur Herstellung Siliziumnitrid enthaltender keramischer Materialien
EP0372379B1 (de) Chlorhaltige Silazanpolymere, Verfahren zu ihrer Herstellung, Verfahren zur Herstellung von Siliziumnitrid enthaltenden keramischen Materialien
EP0375973B1 (de) Polymere Chlorsilazane, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie Verfahren zur Herstellung von Siliziumnitrid enthaltenden keramischen Materialien
DE3840776A1 (de) Oligomere silazane und verfahren zu ihrer herstellung
DE2101207A1 (de) Cyclische Stickstoff enthaltende Organosihciumverbindungen
DE10045427A1 (de) Siliciumborcarbonitridkeramiken und Vorläuferverbindungen, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung
EP0375972B1 (de) Polymere Hydridochlorsilazane, Verfahren zu ihrer Herstellung, sowie deren Verwendung zur Herstellung Siliziumnitrid enthaltender keramischer Materialien
EP0372377B1 (de) Polymere ethylenverbrückte Chlorsilazane, Verfahren zu ihrer Herstellung, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Siliziumnitrid enthaltenden keramischen Materialien.
DE3741946A1 (de) Polysilan
DE4001246A1 (de) Polymere polysilazane, verfahren zu ihrer herstellung sowie deren verwendung
US5219972A (en) Process for the preparation of polymeric chlorosilazanes

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: TONENGENERAL SEKIYU K.K., TOKIO/TOKYO, JP PETROLEU

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: CLARIANT (JAPAN) K.K., TOKIO/TOKYO, JP

Owner name: PETROLEUM ENERGY CENTER, TOKIO/TOKYO, JP

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: AZ ELECTRONIC MATERIALS (JAPAN) K.K., TOKYO, JP

Owner name: PETROLEUM ENERGY CENTER, TOKIO/TOKYO, JP

8339 Ceased/non-payment of the annual fee