JP2007537337A - 分岐ポリシランの調製方法 - Google Patents

分岐ポリシランの調製方法 Download PDF

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Abstract

第1の方法において、分岐ポリシランは、ウルツ型カップリング反応によってジハロシランとトリハロシランとの混合物をアルカリ金属カップリング剤と有機系液体媒質中で反応させることにより調製される。反応混合物はテトラハロシランを含まない。分岐ポリシランを反応混合物から回収する。第2の方法において、キャップされた分岐ポリシランは、上記と同じウルツ型カップリング反応によって調製され、反応混合物へのキャップ剤の添加を伴う。キャップ剤は、モノハロシラン、モノアルコキシシラン又はトリアルコキシシランであることができる。キャップされた分岐ポリシランを反応混合物から回収する。分岐ポリシランは、有機系液体媒質に可溶性である。

Description

[発明の分野]
本発明は、分岐ポリシランの調製方法に関し、特に、ジハロシランとトリハロシランとのウルツ型カップリング反応に関する。本発明の方法による改善点は、線状ポリシランよりむしろ分岐ポリシランが調製されることである。分岐ポリシランは、有機系液体媒質に可溶性である。
[関連出願の相互参照]
該当なし。
[発明の背景]
ポリシランの調製のための最も初期の合成手段は、ジクロロシランのウルツ型還元カップリングを利用するものであった。ポリシランは、他の合成経路で調製されることができる。例えば、ポリシランは、(i)遷移金属触媒を用いる一置換シランの脱水カップリング、(ii)シクロシロキサンの開環重合、(iii)マスクされたシランのアニオン重合、及び(iv)ジクロロシランとアルカリ金属とのソノケミカルカップリングによって調製されている。しかしながら、代替するための取り組みにもかかわらず、ポリシランを調製するためのジクロロシランのウルツ還元カップリングは、依然として、ポリシランの合成のための最も汎用されている一般的に認められた手段である。トルエンなどの溶媒中でジクロロシランをナトリウムなどのアルカリ金属と100℃で還元性カップリングすることによるポリシランの合成は、再現性が不充分で収率が低いが、ウルツ型カップリングは、概ね最も有効なポリシランの調製手段である。しかし、なお依然として、ポリシランの調製方法を再現する(reproduce)ことは、ポリシランの製造のための化学的プロセスの開発が複雑で困難の多いものであるため、未だに非常に困難で厄介である。
例えば、ジハロシランとトリハロシランとを反応させることによる分岐ポリシランの調製方法が、米国特許出願公開公報第US2002/0177660号(2002年11月28日)に記載されている。しかしながら、’660号公報による方法は、ジハロシラン及びトリハロシランに加えてテトラハロシランの存在を必要とする。’660号公報の方法とは対照的に、本発明による方法は、ジハロシラン及びトリハロシランのみを出発原料として反応させることにより分岐ポリシランを調製することができ、テトラハロシランを含む方法に内在する複雑さがないという結果を伴うという点においてより効率的である。
[発明の概要]
本発明は、ジハロシランとトリハロシランとの混合物をアルカリ金属カップリング剤と有機系液体媒質中で反応させることによるウルツ型カップリング反応によって、分岐ポリシランを調製する第1の方法に関する。反応混合物はテトラハロシランを含まず、分岐ポリシランを反応混合物から回収する。本発明のこの第1の実施形態による上記分岐ポリシランは、式:
Figure 2007537337
を有する。
式中、R、R1、R2及びR3は、アルキル基、アリール基、シクロアルキル基、アラルキル基又はアルカリル基であり、a、b、c及びnの値は、10,000〜50,000の範囲の分子量を有する分岐ポリシランがもたらされるような値である。
本発明は、ジハロシランとトリハロシランとの混合物をアルカリ金属カップリング剤と有機系液体媒質中で反応させることによるウルツ型カップリング反応によって、分岐ポリシランを調製する第2の方法にも関する。反応混合物はテトラハロシランを含まない。キャップ剤を反応混合物に添加し、キャップされた分岐ポリシランを反応混合物から回収する。キャップ剤は、モノハロシラン、モノアルコキシシラン、ジアルコキシシラン又はトリアルコキシシランであることができる。本発明のこの第2の実施形態によるキャップされた分岐ポリシランは、式:
Figure 2007537337
を有する。
式中、R、R1、R2及びR3は、アルキル基、アリール基、シクロアルキル基、アラルキル基又はアルカリル基であり、R4は、アルキル基、アリール基、シクロアルキル基、アラルキル基、アルカリル基又はアルコキシ基であり、a、b、c及びnの値は、10,000〜50,000の範囲の分子量を有するキャップされた分岐ポリシランがもたらされるような値である。
好ましい実施形態では、有機系液体媒質は、分岐ポリシランが可溶なものである。最も好ましくは、有機系液体媒質がトルエンであり、アルカリ金属カップリング剤がナトリウムであり、反応が50〜200℃の範囲の温度で行われる。好ましくは、当該温度は、110〜115℃の範囲であり、これはナトリウムの融解温度に近く、ナトリウムの分散といった点で製造においていくつかの利点を提供する。
本発明のこれらの特徴及び他の特徴は、詳細な説明の検討から自明であろう。
[発明の詳細な説明]
ポリシラン類の合成に使用される最も一般的な方法は、以下に示されるジハロシランのウルツ型カップリングである。
Figure 2007537337
このナトリウムカップリング反応は、典型的には、還流炭化水素(トルエンなど)中で行われる。この反応では、線状ポリシラン、ポリシランオリゴマー及び環状ポリシランの混合物が生成し、線状ポリシランの収率は低度から中程度の範囲である。
上記のものとは対照的に、本発明による方法は、上記のジハロシランのウルツ型カップリングではなく、ジハロシランとトリハロシランとのウルツ型カップリングを伴う。本発明による改善により、線状ポリシランよりむしろ分岐ポリシランが調製される。本発明による方法を以下に示す。
Figure 2007537337
本発明による改善された方法の上記の図において、分岐ポリシランの末端基は示していない。それは、末端基が、ジハロシランとトリハロシランとの反応の最後にどのような追加工程が行われるか、すなわち、キャッピングしないかキャッピングするかに依存するからである。a、b、c及びnで表される整数の値は、各々、10,000〜50,000の範囲の分子量を有する分岐ポリシランがもたらされるような値である。
本発明の分岐ポリシランがキャップされていない場合、これは、構造:
Figure 2007537337
に一般的に相当する構造を有する。
この構造では、R、R1、R2及びR3は、各々、アルキル基、アリール基、シクロアルキル基、アラルキル基又はアルカリル基を表す。a、b、c及びnの値は、10,000〜50,000の範囲の分子量を有する分岐ポリシランがもたらされるような値である。
しかしながら、本発明の分岐ポリシランがキャップされている場合は、これは、構造:
Figure 2007537337
に一般的に相当する構造を有する。
この構造では、キャップされた分岐ポリシラン構造内のR、R1、R2及びR3基は、上記に示したものと同じであり、R4基は、アルキル基、アリール基、シクロアルキル基、アラルキル基、アルカリル基又はアルコキシ基を表す。先に示したように、a、b、c及びnで表される整数の値は、各々、10,000〜50,000の範囲の分子量を有する分岐ポリシランがもたらされるような値である。本発明の方法に従って使用され得る代表的なキャップ剤としては、モノハロシラン、モノアルコキシシラン、ジアルコキシシラン及びトリアルコキシシランが挙げられる。
本発明の分岐鎖ポリシランに存在し得るR、R1、R2、R3、及びR4基の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、アミル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、オクタデシル基、及びミリシル基などのアルキル基;シクロブチル基及びシクロヘキシル基などのシクロアルキル基;フェニル基、キセニル基及びナフチル基などのアリール基;ベンジル基、及び2−フェニルエチル基などのアラルキル基;トリル基、キシリル基、及びメシチル基などのアルカリル基;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、及びブトキシ基などのアルコキシ基が挙げられる。R、R1、R2、R3基は、炭素数1〜18を含む炭化水素基が好ましい。特に好ましいR、R1、R2、及びR3基は、適宜にメチル及びフェニルである。
使用可能なモノハロシランのいくつかの例としては、ベンジルジメチルクロロシラン、n−ブチルジメチルクロロシラン、トリ−n−ブチルクロロシラン、エチルジメチルクロロシラン、トリエチルクロロシラン、トリメチルクロロシラン、n−オクタデシルジメチルクロロシラン、フェニルジメチルクロロクロロシラン、トリフェニルクロロシラン、シクロヘキシルジメチルクロロシラン、シクロペンチルジメチルクロロシラン、n−プロピルジメチルクロロシラン及びトリルジメチルクロロシランが挙げられる。
使用可能なジハロシランのいくつかの例としては、t−ブチルフェニルジクロロシラン、ジシクロヘキシルジクロロシラン、ジエチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、ヘキシルメチルジクロロシラン、フェニルエチルジクロロシラン、フェニルメチルジクロロシラン、(3−フェニルプロピル)メチルジクロロシラン、ジイソプロピルジクロロシラン、(4−フェニルブチル)メチルジクロロシラン及びn−プロピルメチルジクロロシランが挙げられる。
使用可能なトリハロシランのいくつかの例としては、ベンジルトリクロロシラン、n−ブチルトリクロロシラン、シクロヘキシルトリクロロシラン、n−デシルトリクロロシラン、ドデシルトリクロロシラン、エチルトリクロロシラン、n−ヘプチルトリクロロシラン、メチルトリクロロシラン、n−オクチルトリクロロシラン、ペンチルトリクロロシラン及びフェニルトリクロロシランが挙げられる。
使用可能なモノアルコキシシランのいくつかの例としては、t−ブチルジフェニルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、トリメチル−n−プロポキシシラン、n−オクタデシルジメチルメトキシシラン、オクチルジメチルメトキシシラン、シクロペンチルジエチルメトキシシラン、ジシクロペンチルメチルメトキシシラン、トリシクロペンチルメトキシシラン、フェニルジメチルエトキシシラン、ジフェニルメチルエトキシシラン及びトリフェニルエトキシシランが挙げられる。
使用可能なジアルコキシシランのいくつかの例としては、ジブチルジメトキシシラン、ドデシルメチルジエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、n−オクチルメチルジエトキシシラン、オクタデシルメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン及びジフェニルジメトキシシランが挙げられる。
使用可能なトリアルコキシシランのいくつかの例としては、ベンジルトリエトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、n−デシルトリエトキシシラン、ドデシルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ヘキサデシルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン及びn−プロピルトリメトキシシランが挙げられる。
使用される種々のシランは、本発明の方法による反応において、当該反応が行われ、且つ反応を終結させるのに必要な化学量論比で存在する。
本発明のプロセスにおいて使用されるアルカリ金属カップリング剤は、ナトリウム、カリウム又はリチウムであることができる。ナトリウムは、分岐ポリシランの最高収率をもたらすため好ましい。上記反応において使用されるアルカリ金属の量は、用いられるシラン1モル当たり少なくとも3モルである。反応の終結を確実にするため、シラン1モル当たり3モルよりわずかに過剰量のアルカリ金属を添加することが好ましい。
本発明のプロセスは、酢酸等の酸を添加することにより促進可能である。酢酸の機能は、例えば、金属ナトリウムを酢酸ナトリウムに中和すること(すなわち、Na+CH3COOH→CH3COONa(これは、塩である。))であり、この塩は、NaCl塩と共に除去することができる。酢酸に加えて、クエン酸及び安息香酸等の他の有機酸、並びに、HCl、硝酸、及び硫酸等の無機酸(有機酸及び無機酸の併用も含む)が使用可能である。
反応が行われる有機液体媒質としては、ジハロシラン及びトリハロシラン反応物が溶解性を示せばいかなる溶媒でもかまわない。好ましくは、使用される溶媒は、上記プロセスで生成される分岐鎖ポリシランも溶解性を示す溶媒である。これらの溶媒として、トルエン等の炭化水素溶媒;パラフィン;エーテル;及びトリエチルアミン、N,N,N',N'−テトラメチルエチレンジアミン、及びシクロへキシルアミン等の窒素含有溶媒が挙げられる。有機液体媒質は、炭化水素溶媒とエーテル等の混合溶媒(一つの例として、トルエンとアニソールが挙げられる。)であり得る。好ましくは、トルエンは有機液体媒質として使用される。有機液体媒質は、通常、形成されるアルカリ金属ハロゲン化物用の溶媒ではなく、これらのアルカリ金属ハロゲン化物は、濾過処理により容易に除去可能である。本発明でのプロセスの有機液体媒質の使用量を徐々に増加させると、次第に分子量の減少を伴う分岐鎖ポリシランを生じる可能性あるが、本発明のプロセスでの有機液体媒質の使用量は、重大なものではない。
上記方法は、任意の温度で行われ得るが、好ましくは、反応温度は、50〜200℃、好ましくは110〜115℃の範囲である。行われる反応は発熱性であり、好ましくは、室温で開始する。反応中、外部からの熱は供給しない。温度が上昇すると、通常、形成される分岐ポリシランの分子量の増加が観察される。これは、上記有機系液体媒質に不溶性の分岐ポリシランの生成をもたらし得る。
この方法の再現性を、部分重量(local mass)及び熱移動操作(operation)の再現性によって調べる。固有の反応速度が非常に大きいため、プロセス全体は、質量及び熱移動によって制御されるはずである。この点に関して、質量/熱移動は、(i)出力(power)/容量(volume)を、ナトリウムの小滴又は粒子を懸濁するのに必要なレベルを越えて維持すること、(ii)反応物を、充分混合したゾーン内の表面下に(sub-surface wise)添加すること、及び(iii)添加速度を正確に制御することにより制御し得る。例えば、クロロシランの添加速度は、分子量分布の制御において重要な要素である。
反応が所望の程度まで進行したら、分岐ポリシランを反応混合物から任意の適当な方法によって回収し得る。分岐ポリシランが、反応の行われた液体有機物質中で不溶性である場合、混合物から濾別することができる。これは、好ましくは、副生成物として形成される他の不溶性物質(例えば、アルカリ金属ハロゲン化物など)を、掬い上げ又はデカントによって除去した際に行う。反応の成分によっては、固体副生成物が混合物の表面に向かって浮遊し得るが、分岐ポリシランは沈降する傾向にある。分岐ポリシランが溶媒に可溶性であれば、他の不溶性物質を濾過によって除去することができ、分岐ポリシランは溶媒中に保持されて、洗浄によって精製されるか、又は乾燥して粉末になり得る。
本発明をより詳細に説明するために以下の実施例を示す。
〔実施例1〕15%のMeSiCl3を含んだPhMeSiCl2、キャップ剤添加せず
トルエン(1,540グラム)及び金属ナトリウム(55.7グラム)を、シリンダー状ガラス製2リットル容器内に入れて、次いで、トルエンを、ジャケットを介して再循環浴により還流させた。プロセス全体を通して、わずかに陽圧のアルゴン雰囲気を維持した。デュアルピッチブレード(dual pitched-blade)インペラーを溶融ナトリウムの分散に使用し、ジャケット温度を110℃に維持した。インペラーの上面の上方に配置したディップチューブを用いて、フェニルメチルジクロロシラン(169.4グラム)とメチルトリクロロシラン(23.4グラム)との混合物を30分掛けて反応器内に導入した。これにより、113℃までの発熱がもたらされた。反応器の温度を2時間保持した後、内容物は90℃まで冷却させ、次いで12リットル丸底フラスコに移した。メタノールをゆっくり添加して残留ナトリウムを酸化し、さらなるメタノールを合計5,200グラムまで添加し、生成物を沈殿させた。メタノール層をフラスコから除去し、2,000グラムのトルエンと置換して生成物を再溶解させた。このスラリーを遠心分離し、塩を分離した。トルエン溶液を濾過し、次いで、ロータリーエバポレーションにより300グラムまで濃縮した。この溶液を2,150グラムのメタノールにゆっくり添加し、生成物を再沈殿させ、次いで、これを濾過し、真空炉内で乾燥した。収量は44.3グラムの粉末状白色固体であった。ゲル透過クロマトグラフィーにより、多分散性が7.2である24,900の分子量(Mw)が示された。
〔実施例2〕20%のMeSiCl3を含んだPhMeSiCl2、キャップ剤添加せず
トルエン(1,350グラム)及び金属ナトリウム(85.05グラム)を、シリンダー状ガラス製2リットル容器内に入れて、次いで、トルエンを、ジャケットを介して再循環浴により還流させた。プロセス全体を通して、わずかに陽圧のアルゴン雰囲気を維持した。デュアルピッチブレードインペラーを溶融ナトリウムの分散に使用し、ジャケット温度を110℃に維持した。インペラーの上面の上方に配置したディップチューブを用いて、フェニルメチルジクロロシラン(247.21グラム)とメチルトリクロロシラン(48.33グラム)との混合物を30分掛けて反応器内に導入した。これにより、113℃までの発熱がもたらされた。反応器の温度を1時間保持した後、内容物は90℃まで冷却させ、次いで12リットル丸底フラスコに移した。メタノールをゆっくり添加して残留ナトリウムを酸化し、さらなるメタノールを合計2,326グラムまで添加し、生成物を沈殿させた。メタノール層をフラスコから除去し、3,000グラムのトルエンと置換して生成物を再溶解させた。このスラリーを遠心分離し、塩を分離した。トルエン溶液を濾過し、次いで、ロータリーエバポレーションにより453.74グラムまで濃縮した。この溶液を3,296グラムのメタノールにゆっくり添加し、生成物を再沈殿させ、次いで、これを濾過し、真空炉内で乾燥した。収量は89.1グラムの粉末状白色固体であった。
〔実施例3〕20%のMeSiCl3を含んだPhMeSiCl2、キャップ剤としてのPhMe2SiCl添加
トルエン(1,350グラム)及び金属ナトリウム(85.05グラム)を、シリンダー状ガラス製2リットル容器内に入れて、次いで、トルエンを、ジャケットを介して再循環浴を用いて還流させた。プロセス全体を通して、わずかに陽圧のアルゴン雰囲気を維持した。デュアルピッチブレードインペラーを溶融ナトリウムの分散に使用し、ジャケット温度を110℃に維持した。インペラーの上面の上方に配置したディップチューブによりフェニルメチルジクロロシラン(247.21グラム)とメチルトリクロロシラン(48.33グラム)との混合物を30分掛けて反応器内に導入すると、113℃までの発熱がもたらされた。反応器温度を30分間維持した後、58.59グラムのPhMeSiClを速やかに添加し、続いて10ミリリットルのトルエンをフラッシュ蒸留(flush)した。最初の供給を終了してから1時間後、内容物を90℃まで冷却して、12リットル丸底フラスコに移した。メタノールをゆっくり添加して残留ナトリウムを酸化し、さらなるメタノールを合計2,326グラムまで添加し、生成物を沈殿させた。メタノール層フラスコから除去し、3,000グラムのトルエンと置換し、生成物を再溶解させた。得られたスラリーを遠心分離して塩を分離した。トルエン溶液を濾過し、396.5グラムまでロータリーエバポレーションにより濃縮した。溶液をゆっくり3,297グラムのメタノールに添加し、生成物を再沈殿させ、これを濾過し、真空炉内で乾燥した。収量は81.42グラムの粉末状白色固体であった。
〔実施例4〕10%のMeSiCl3及び5%のPhMeSiCl3を含んだPhMeSiCl2、キャップ剤としてのPhMe2SiCl添加せず
トルエン(4,025.0グラム)及び金属ナトリウム(167.92グラム)をシリンダー状ガラス製6リットル容器内に入れて、次いで、トルエンを、ジャケットを介して再循環浴を用いて還流させた。プロセス全体を通して、わずかに陽圧のアルゴン雰囲気を維持した。デュアルピッチブレードインペラーを溶融ナトリウムの分散に使用し、ジャケット温度を110℃に維持した。インペラーの上面の上方に配置したディップチューブによりフェニルメチルジクロロシラン(508.77グラム)とメチルトリクロロシラン(46.82グラム)とフェニルトリクロロシラン(33.13グラム)との混合物を60分掛けて反応器内に導入すると、113℃までの発熱がもたらされた。反応器温度を2時間維持した後、内容物は40℃まで冷却させた。メタノール(465.99グラム)をゆっくり添加して残留ナトリウムを酸化させた。混合物を30分間保持した後、反応器から500ミリリットルボトル内に排出した。このスラリーを遠心分離し、Seitz KS型デプスフィルターに通して濾過し、塩を分離した。溶液を、ストリッピング装置を用いて1642.5グラムに濃縮し、これにより、約17重量%の固体分を含有するトルエン溶液が得られた。溶液をSeitz EK型デプスフィルターに通して濾過し、ゆっくり9,020グラムのメタノールに添加した。これにより7:1のメタノール:トルエン比が得られ、生成物が再沈殿した。溶液を濾過し、真空炉内で乾燥した。収量は240.6グラムの粉末状白色固体であった。粉末をトルエン(441.8グラム)に溶解し、35重量%の固体分を含有する溶液を調製した。溶液をSeitz EK型デプスフィルターに通して濾過し、603グラムの非常に透明な溶液を得た。溶液をゆっくり2743.7グラムのメタノールに添加し、ポリマーを析出させた。この場合も、7:1のメタノール:トルエン比の溶液が得られた。このスラリーを濾過し、真空炉内で乾燥した。収量は198.6グラムの粉末状白色固体、すなわち56.7重量%の収率であった。ゲル透過クロマトグラフィーにより、27,000の分子量が示された。生成物の50重量%のアニソール溶液の透過率のパーセントは、初期で95.5%及び3週間熟成後で89.5%であった。
〔実施例5〕10%のMeSiCl3及び5%のPhMeSiCl3を含んだPhMeSiCl2、キャップ剤としてのPhMe2SiCl添加
トルエン(4,025.0グラム)及び金属ナトリウム(167.24グラム)をシリンダー状ガラス製6リットル容器内に入れて、次いで、トルエンを、ジャケットを介して再循環浴を用いて還流させた。プロセス全体を通して、わずかに陽圧のアルゴン雰囲気を維持した。デュアルピッチブレードインペラーを溶融ナトリウムの分散に使用し、ジャケット温度を110℃に維持した。インペラーの上面の上方に配置したディップチューブを用いてフェニルメチルジクロロシラン(508.78グラム)とメチルトリクロロシラン(46.81グラム)とフェニルトリクロロシラン(33.14グラム)との混合物を60分掛けて反応器内に導入すると、113℃までの発熱がもたらされた。反応器の温度を30分間維持した後、フェニルジメチルクロロシラン(126.04グラム)を速やかに添加した。反応器温度をさらに1.5時間維持した後、内容物は40℃まで冷却させた。メタノール(465.99グラム)をゆっくり添加して残留ナトリウムを酸化させた。混合物を30分間保持した後、反応器から500ミリリットルボトル内に排出した。得られたスラリーを遠心分離し、Seitz KS型デプスフィルターに通して濾過し、塩を分離した。溶液を、ストリッピング装置を用いて1,737.5グラムに濃縮し、これにより、約17重量%の固体分を含有するトルエン溶液が得られた。この溶液をSeitz EK型デプスフィルターに通して濾過し、ゆっくり9,300グラムのメタノールに添加した。これにより7:1のメタノール:トルエン比が得られ、生成物が再沈殿した。溶液を濾過し、真空炉内で乾燥した。収量は279.5グラムの粉末状白色固体であった。粉末をトルエン(508.9グラム)に溶解し、35重量%の粉末を含有する溶液を調製した。溶液をSeitz EK型デプスフィルターに通して濾過し、698.3グラムの非常に透明な溶液を得た。溶液をゆっくり3,200グラムのメタノールに添加し、ポリマーを析出させた。この場合も、7:1のメタノール:トルエン比の溶液が得られた。この生成物を濾過し、真空炉内で乾燥した。収量は225.5グラムの粉末状白色固体、すなわち64.4重量%の収率であった。ゲル透過クロマトグラフィーにより、24,100の分子量が示された。生成物の50重量%アニソール溶液の透過率のパーセントは、初期で96.5%及び3週間熟成後で95.5%であった。
〔実施例6〕15%のMeSiCl3を含んだPhMeSiCl2、キャップ剤添加せず
トルエン(1,461.43グラム)及び金属ナトリウム(54.04グラム)を、シリンダー状ガラス製2リットル容器内に入れて、次いで、トルエンを、ジャケットを介して再循環浴を用いて還流させた。プロセス全体を通して、わずかに陽圧のアルゴン雰囲気を維持した。デュアルピッチブレードインペラーを溶融ナトリウムの分散に使用し、ジャケット温度を110℃に維持した。インペラーの上面の上方に配置したディップチューブを用いてフェニルメチルジクロロシラン(164.47グラム)とメチルトリクロロシラン(22.72グラム)との混合物を60分掛けて反応器内に導入すると、113℃までの発熱がもたらされた。反応器温度を120分間維持した後、内容物は40℃まで冷却させた。メタノール(150.64グラム)をゆっくり添加して残留ナトリウムを酸化させた。混合物を30分間保持した。温度を50℃に上昇させ、真空を確立して混合物から残留メタノールを除去した。混合物を反応器から500ミリリットルボトル内に排出した。このスラリーをSeitz KS型デプスフィルターに通して濾過し、塩を除去した。溶液を、ストリッピング装置を用いて313グラムまで濃縮し、約17重量%の固体分を含有するトルエン溶液を得た。溶液をSeitz EK型デプスフィルターに通して濾過し、9,300グラムのメタノールにゆっくり添加した。溶液は7:1のメタノール:トルエン比を含み、生成物が再沈殿した。溶液をNo.3 Whatman濾紙に通して濾過した。湿った粉末をトルエン(118.9グラム)中に入れ、35重量%溶液を調製した。溶液をSeitz EK型デプスフィルターに通して濾過し、157.7グラムの濁った溶液を得た。溶液をゆっくり717.5グラムのメタノールに添加し、ポリマーを析出させた。溶液は7:1のメタノール:トルエン比を含んだ。溶液を濾過し、真空炉内で乾燥した。収量は25.8グラムの粉末状白色固体、すなわち23.5重量%の収率であった。ゲル透過クロマトグラフィーにより、23,600の分子量が示された。生成物の50重量%アニソール溶液の透過率のパーセントは、初期で96.5%及び3週間熟成後で95.5%であった。
〔実施例7〕15%のMeSiCl3を含んだPhMeSiCl2、キャップ剤としてのMe3SiCl添加
トルエン(4,025.0グラム)及び金属ナトリウム(172.06グラム)をシリンダー状ガラス製6リットル容器内に入れて、次いで、トルエンを、ジャケットを介して再循環浴を用いて還流させた。プロセス全体を通して、わずかに陽圧の窒素雰囲気を維持した。デュアルピッチブレードインペラーを溶融ナトリウムの分散に使用し、ジャケット温度を110℃に維持した。インペラーの上面の上方に配置したディップチューブを用いてフェニルメチルジクロロシラン(523.32グラム)とメチルトリクロロシラン(72.22グラム)との混合物を60分掛けて反応器内に導入すると、113℃までの発熱がもたらされた。反応器温度を30分間維持した後、トリメチルクロロシラン(113.53グラム)を速やかに添加した。反応器温度をさらに1.5時間維持した後、内容物は40℃まで冷却させた。メタノール(479.30グラム)をゆっくり添加して残留ナトリウムを酸化させた。混合物を30分間保持した後、反応器から500ミリリットルボトル内に排出した。このスラリーを遠心分離し、Seitz KS型デプスフィルターに通して濾過し、塩を分離した。溶液を、ストリッピング装置を用いて1,448グラムまで濃縮し、約17重量%の固体分を含有するトルエン溶液を得た。溶液をSeitz EK型デプスフィルターに通して濾過し、1,062.7グラムの溶液をゆっくり6,174グラムのメタノールに添加した。溶液は7:1のメタノール:トルエン比を含み、生成物が再沈殿した。溶液を濾過し、真空炉内で乾燥し、106.4グラムの粉末状白色固体が得られた。粉末をトルエンに溶解し、35重量%溶液を調製した。溶液をSeitz EK型デプスフィルターに通して濾過し、266.7グラムの濁った溶液を得た。溶液をゆっくり1,213グラムのメタノールに添加し、ポリマーを析出させた。得られた溶液は、7:1のメタノール:トルエン比を含んだ。溶液を濾過し、真空炉内で乾燥した。収量は88.76グラムの粉末状白色固体、すなわち25.4重量%の収率であった。ゲル透過クロマトグラフィーにより、18,500の分子量が示された。生成物の50重量%アニソール溶液の透過率のパーセントは、初期で95.2%及び3週間熟成後で95.0%であった。
〔実施例8〕15%のMeSiCl3を含んだPhMeSiCl2、酢酸添加、キャップ剤添加せず
トルエン(4,019.0グラム)及び金属ナトリウム(167.04グラム)をシリンダー状ガラス製6リットル容器内に入れて、次いで、トルエンを、ジャケットを介して再循環浴を用いて還流させた。プロセス全体を通して、わずかに陽圧の窒素雰囲気を維持した。デュアルピッチブレードインペラーを溶融ナトリウムの分散に使用し、ジャケット温度を110℃に維持した。インペラーの上面の上方に配置したディップチューブを用いてフェニルメチルジクロロシラン(508.35グラム)とメチルトリクロロシラン(70.17グラム)との混合物を60分掛けて反応器内に導入すると、113℃までの発熱がもたらされた。反応器温度を2時間維持した後、内容物は40℃まで冷却させた。メタノール(465.99グラム)及び酢酸(32.31グラム)の混合物をゆっくり添加して残留ナトリウムを酸化させた。混合物を30分間保持した後、反応器から500ミリリットルボトル内に排出した。このスラリーを遠心分離し、Seitz KS型デプスフィルターに通して濾過し、塩を分離した。溶液を、ストリッピング装置を用いて1,509.7グラムまで濃縮し、これにより、約17重量%のトルエン中固体分濃度が得られた。溶液をSeitz EK型デプスフィルターに通して濾過し、1,076グラムの溶液を得て、これをゆっくり6,252グラムのメタノールに添加した。溶液は7:1のメタノール:トルエン比を含み、生成物が再沈殿した。溶液を濾過し、真空炉内で乾燥した。収量は97.75グラムの粉末状白色固体であった。粉末をトルエン(182グラム)に溶解し、35重量%溶液を調製した。溶液をSeitz EK型デプスフィルターに通して濾過し、234.4グラムの透明な溶液を得た。溶液をゆっくり1,065グラムのメタノールに添加し、ポリマーを析出させた。溶液は7:1のメタノール:トルエン比を含んだ。溶液を濾過し、真空炉内で乾燥した。収量は80.4グラムの粉末状白色固体、すなわち23.6重量%の収率であった。ゲル透過クロマトグラフィーにより、15,800の分子量が示された。50重量%の生成物を含有するアニソール溶液の透過率のパーセントは、初期で96.4%及び3週間熟成後で96.3%であった。
〔実施例9〕15%のMeSiCl3を含んだPhMeSiCl2、キャップ剤としてのMe3Si(OMe)3添加
トルエン(4,025.0グラム)及び金属ナトリウム(172.33グラム)をシリンダー状ガラス製6リットル容器内に入れて、次いで、トルエンを、ジャケットを介して再循環浴を用いて還流させた。プロセス全体を通して、わずかに陽圧の窒素雰囲気を維持した。デュアルピッチブレードインペラーを溶融ナトリウムの分散に使用し、ジャケット温度を110℃に維持した。インペラーの上面の上方に配置したディップチューブを用いてフェニルメチルジクロロシラン(523.32グラム)とメチルトリクロロシラン(72.24グラム)との混合物を60分掛けて反応器内に導入すると、113℃までの発熱がもたらされた。反応器温度を30分間維持した後、メチルトリメトキシシラン(103.5グラム)を速やかに添加した。反応器温度をさらに1.5時間維持した後、内容物は40℃まで冷却させた。メタノール(479.30グラム)をゆっくり添加して残留ナトリウムを酸化させた。混合物を30分間保持した後、反応器から500ミリリットルボトル内に排出した。このスラリーを遠心分離し、Seitz KS型デプスフィルターに通して濾過し、塩を分離した。溶液を、ストリッピング装置を用いて1,387グラムまで濃縮した。溶液は、約17重量%の固体分を含有するトルエン溶液を含んだ。該溶液をSeitz EK型デプスフィルターに通して濾過し、1,153.9グラムの溶液をゆっくり6,704グラムのメタノールに添加した。溶液は7:1のメタノール:トルエン比を含み、生成物が再沈殿した。溶液を濾過し、真空炉内で乾燥し、95.6グラムの粉末状白色固体が得られた。粉末をトルエン(176グラム)に溶解し、35重量%の固体含有溶液を調製した。溶液をSeitz EK型デプスフィルターに通して濾過し、191.6グラムの透明な溶液を得た。溶液をゆっくり872グラムのメタノールに添加し、ポリマーを析出させた。溶液は、7:1のメタノール:トルエン比を含んだ。溶液を濾過し、真空炉内で乾燥した。収量は63.2グラムの粉末状白色固体、すなわち18.0重量%の収率であった。ゲル透過クロマトグラフィーにより、15,800の分子量が示された。固体の50重量%アニソール溶液の透過率のパーセントは、初期で89.9%であった。
以下のさらなる実施例は、本発明による方法の再現性、並びに当業者が分岐ポリシランの分子量を制御するのを可能にする能力を示すために示す。特に、実施例10及び11並びに実施例12及び13は、方法の再現性の高さを示す。他方において、分子量の制御は、実施例5、実施例16及び17を比較することにより示される。実施例16に示す別の特徴は、Ph2MeSiClが、PhMe2SiClより廉価な商品であるため、PhMe2SiClの代わりにPh2MeSiClをキャップ剤として使用することである。
〔実施例10〕20%のMeSiCl3を含んだPhMeSiCl2、キャップ剤添加せず、30分の添加時間
トルエン(1,039.34グラム)及び金属ナトリウム(58.92グラム)を、シリンダー状ガラス製2リットル容器内に入れて、次いで、トルエンを、ジャケットを介して再循環浴を用いて還流させた。プロセス全体を通して、わずかに陽圧のアルゴン雰囲気を維持した。デュアルピッチブレードインペラーを溶融ナトリウムの分散に使用し、ジャケット温度を110℃に維持した。次いで、インペラーの上面の上方に配置したディップチューブを用いてフェニルメチルジクロロシラン(164.8グラム)とメチルトリクロロシラン(32.22グラム)とトルエン(500グラム)との混合物を30分掛けて反応器に導入した。これにより、113℃までの発熱がもたらされた。反応器温度を1時間維持した後、その内容物は90℃まで冷却させ、次いで、これを12リットル丸底フラスコに移した。メタノールをゆっくり添加して残留ナトリウムを酸化し、さらなるメタノールを合計5,186.95グラムまで添加し、生成物を沈殿させた。メタノール層をフラスコから真空により除去し、これを2,000グラムのトルエンと置換して生成物を再溶解させた。次いで、このスラリーを遠心分離し、塩を分離した。トルエン溶液を濾過し、次いで、ロータリーエバポレーションにより331グラムに濃縮した。この溶液を2,200グラムのメタノールにゆっくり添加し、生成物を再沈殿させ、次いでこれを濾過し、真空炉内で乾燥し、46.11グラムの粉末状白色固体を得た。ゲル透過クロマトグラフィーにより、43,800のMwが示された。
〔実施例11〕
実施例10を繰返した。20%のMeSiCl3を含んだPhMeSiCl2。キャップ剤添加せず。
ゲル透過クロマトグラフィーにより、144,200のMwが示された。
〔実施例12〕20%のMeSiCl3を含んだPhMeSiCl2、キャップ剤添加せず、30分の添加時間、120分間の保持時間
トルエン(1,539.34グラム)及び金属ナトリウム(58.88グラム)を、シリンダー状ガラス製2リットル容器内に入れて、次いで、トルエンを、ジャケットを介して再循環浴を用いて還流させた。プロセス全体を通して、わずかに陽圧のアルゴン雰囲気を維持した。デュアルピッチブレードインペラーを溶融ナトリウムの分散に使用し、ジャケット温度を110℃に維持した。インペラーの上面の上方に配置したディップチューブを用いてフェニルメチルジクロロシラン(164.8グラム)とメチルトリクロロシラン(32.22グラム)との混合物を30分掛けて反応器に導入した。これにより、113℃までの発熱がもたらされた。反応器温度を1時間維持した後、その内容物は90℃まで冷却させ、次いで、これを12リットル丸底フラスコに移した。メタノールをゆっくり添加して残留ナトリウムを酸化し、次いでさらなるメタノールを合計5,184.95グラムまで添加し、生成物を沈殿させた。メタノール層をフラスコから真空により除去し、2,000グラムのトルエンと置換して生成物を再溶解させた。このスラリーを遠心分離し、塩を分離した。トルエン溶液を濾過し、次いで、ロータリーエバポレーションにより287.9グラムに濃縮した。この溶液を2,197.4グラムのメタノールにゆっくり添加し、生成物を再沈殿させた。溶液を濾過し、真空炉内で乾燥し、40.63グラムの粉末状白色固体を得た。ゲル透過クロマトグラフィーにより、25,000のMwが示された。
〔実施例13〕
実施例12を繰返した。20%のMeSiCl3を含んだPhMeSiCl2。キャップ剤添加せず。
ゲル透過クロマトグラフィーにより、25,400のMwが示された。
〔実施例14〕
クロロシランを1時間掛けて反応器に添加した以外は実施例5と同様に行った。MeSiCl3/PhSiCl3M(10/5)。キャップ剤としてのPh2MeSiCl添加。
トルエン(4,025.0グラム)及び金属ナトリウム(167.30グラム)をシリンダー状ガラス製6リットル容器内に入れて、次いで、トルエンを、ジャケットを介して再循環浴を用いて還流させた。プロセス全体を通して、わずかに陽圧の窒素雰囲気を維持した。デュアルピッチブレードインペラーを溶融ナトリウムの分散に使用し、ジャケット温度を110℃に維持した。インペラーの上面の上方に配置したディップチューブを用いてフェニルメチルジクロロシラン(508.77グラム)とメチルトリクロロシラン(46.81グラム)とフェニルトリクロロシラン(33.12グラム)との混合物を60分掛けて反応器内に導入した。これにより、113℃までの発熱がもたらされた。反応器温度を30分間維持した後、ジフェニルメチルクロロシラン(171.87グラム)を速やかに添加した。反応器温度をさらに1.5時間保持した後、内容物は40℃まで冷却させた。メタノール(465.99グラム)をゆっくり添加して残留ナトリウムを酸化させた。混合物を30分間保持した後、反応器から500ミリリットルボトル内に排出した。このスラリーを遠心分離し、Seitz KS型デプスフィルターに通して濾過し、塩を分離した。溶液を、ストリッピング装置を用いて1,612グラムに濃縮した。これにより、約17重量%の固体分を含有するトルエン溶液が得られた。溶液をSeitz EK型デプスフィルターに通して濾過し、次いで、9,098グラムのメタノールにゆっくり添加した。これにより、7:1のエタノール:トルエン比が得られ、生成物が再沈殿した。溶液を濾過し、真空炉内で乾燥し、225グラムの粉末状白色固体を得た。粉末をトルエン(418グラム)に溶解し、35重量%溶液を調製した。溶液をSeitz EK型デプスフィルターに通して濾過し、478グラムの非常に透明な溶液を得た。溶液をゆっくり3,000グラムのメタノールに添加し、ポリマーを析出させた。この場合も、7:1のメタノール:トルエン比の溶液が得られた。溶液を濾過し、真空炉内で乾燥した。収量は184.4グラムの粉末状白色固体、すなわち52.7重量%の収率であった。ゲル透過クロマトグラフィーにより、25,600のMwが示された。
〔実施例15〕
クロロシランを2時間掛けて反応器に添加した以外は実施例14と同様に行った。MeSiCl3/PhSiCl3M(10/5)。キャップ剤としてのPh2MeSiCl添加。
ゲル透過クロマトグラフィーにより、11,700のMwが示された。
〔実施例16〕
クロロシランを50分掛けて反応器に添加した以外は実施例5と同様に行った。MeSiCl3/PhSiCl3M(10/5)。キャップ剤としてのPhMe2SiCl添加。
ゲル透過クロマトグラフィーにより、33,500のMwが示された。
〔実施例17〕
クロロシランを140分掛けて反応器に添加した以外は実施例5と同様に行った。
ゲル透過クロマトグラフィーにより、12,100のMwが示された。
実施例1〜17の詳細及び結果を表1にまとめる。
Figure 2007537337
本発明の分岐ポリシランは、ポリシランの通常の適用用途、例えば、(i)シリコーンカーバイドの前駆物質、(ii)フォトレジストなどのオプトエレクトロニクス材料、(iii)有機系感光性材料、光導波路及び光メモリ、(iv)ガラス、セラミックス及びプラスチックの表面保護、(v)反射防止膜、(vi)光通信用フィルター膜としての使用、並びに放射線検出における使用などに有用性を有する。
他の変形が、本明細書に記載の化合物、組成物及び方法において、本発明の本質的な特質から逸脱することなくなされ得る。本明細書において具体的に示した本発明の実施形態は、単なる例示であって、添付の特許請求の範囲に規定される場合以外、その範囲に対する限定を意図しない。

Claims (6)

  1. ウルツ型カップリング反応による分岐ポリシランの調製方法であって、ジハロシランとトリハロシランとの混合物をアルカリ金属カップリング剤と有機系液体媒質中で反応させ(反応混合物はテトラハロシランを含まない)、且つ、分岐ポリシランを反応混合物から回収する工程を含む分岐ポリシランの調製方法。
  2. 前記分岐ポリシランが、式:
    Figure 2007537337
    (式中、R、R1、R2及びR3は、アルキル基、アリール基、シクロアルキル基、アラルキル基及びアルカリル基から成る群より選択され、且つ、a、b、c及びnの値は、10,000〜50,000の範囲の分子量を有する分岐ポリシランがもたらされるような値である)
    を有する請求項1に記載の分岐ポリシランの調製方法。
  3. 請求項1に記載の方法によって調製される分岐ポリシラン。
  4. ウルツ型カップリング反応による、キャップされた分岐ポリシランの調製方法であって、ジハロシランとトリハロシランとの混合物をアルカリ金属カップリング剤と有機系液体媒質中で反応させ(反応混合物はテトラハロシランを含まない)、モノハロシラン、モノアルコキシシラン、ジアルコキシシラン及びトリアルコキシシランから成る群より選択されるキャップ剤を反応混合物に添加し、且つ、キャップされた分岐ポリシランを反応混合物から回収する工程を含むキャップされた分岐ポリシランの調製方法。
  5. 前記キャップされた分岐ポリシランが、式:
    Figure 2007537337
    (式中、R、R1、R2及びR3は、アルキル基、アリール基、シクロアルキル基、アラルキル基及びアルカリル基から成る群より選択され、R4は、アルキル基、アリール基、シクロアルキル基、アラルキル基、アルカリル基又はアルコキシ基であり、且つ、a、b、c及びnの値は、10,000〜50,000の範囲の分子量を有するキャップされた分岐ポリシランがもたらされるような値である)
    を有する請求項4に記載のキャップされた分岐ポリシランの調製方法。
  6. 請求項4に記載の方法によって調製されるキャップされた分岐ポリシラン。
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